含納米填料的牙科組合物和相關的方法

2023-05-08 14:35:01

專利名稱：含納米填料的牙科組合物和相關的方法
技術領域：
本發明涉及填充有納米尺寸粒子的可硬化的牙科和正牙組合物。更具體地說，本發明涉及含納米填料的離子聚合物和樹脂改性的離子聚合物組合物。所述組合物可用於各種各樣的應用場合，例如作為粘合劑，接合劑，補劑，塗料和密封劑。
背景包括齲齒，腐爛的牙質或者腐爛的牙釉質的腐爛牙齒結構的修補，通常通過向相關的牙齒結構連續施加牙科粘合劑，然後施加牙科材料(例如補劑材料)實現。類似的組合物用於將正牙器械(通常使用正牙粘合劑)結合到牙齒結構上。通常使用不同的預處理過程以促進粘合劑與牙質或者牙釉質的結合。通常，這樣的預處理步驟包括例如用無機的或者有機酸腐蝕，隨後塗底層以改善牙齒結構和覆蓋粘合劑之間的結合。
目前可得到各種各樣的牙齒和正牙粘合劑，接合劑和補劑。包括氟代矽鋁酸鹽玻璃填料的組合物(又名玻璃離子聚合物或者「GI」組合物)是最廣泛使用類型的牙科材料之一。這些組合物具有廣泛的應用範圍，比如填充和修補齲的損壞；接合例如牙冠，嵌體，橋接體或者正牙帶環；空腔加襯；核心構造；紋孔和裂縫密封。
目前有兩類重要的玻璃離子聚合物。第一類別被稱為常規的玻璃離子聚合物，通常包含α，β-不飽和羧酸的均聚物或者共聚物，氟代矽鋁酸鹽(「FAS」)玻璃，水，和任選螯合劑比如酒石酸作為主成分。這些常規的玻璃離子聚合物通常以粉末/液體製劑提供，在臨近使用前進行混合。由於在多元羧酸酸性重複單元和從鹼性玻璃中浸出的陽離子之間的離子酸鹼反應，所述混合物在黑暗中經歷自硬化。
第二類重要的玻璃離子聚合物被稱為混合型玻璃離子聚合物或者樹脂改性的玻璃離子聚合物(「RMGI」)。如常規的玻璃離子聚合物，RMGI使用FAS玻璃。RMGI同樣包含α，β-不飽和羧酸的均聚物或者共聚物，FAS玻璃，和水；然而，RMGI有機部分是不同的。在一種類型的RMGI中，所述多元酸進行改性以用可固化側基團置換一些酸性重複單元，或者端封一些酸性重複單元，並加入光引發劑以提供第二固化機制。丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯基團通常用作可固化側基。在另外類型的RMGI中，所述組合物包括多元羧酸，丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯官能單體或者聚合物，和光引發劑。所述多元酸可以任選進行改性以用可固化側基置換或者端封一些酸性重複單元。除光引發劑體系之外，可以使用氧化還原或者其它的化學固化體系，或者使用氧化還原或者其它的化學固化體系而不使用光引發劑體系。RMGI組合物通常作為粉末/液體或者糊劑/糊劑體系配製，而且當混合和施加時包含水。由於所述多元羧酸酸性重複單元和從玻璃中浸出的陽離子之間的離子反應，在黑暗中它們可以部分或者完全地硬化，而商業RMGI產品通常一經接觸來自牙科固化燈的光線就發生固化。
玻璃離子聚合物組合物可提供許多重要的優點。例如，從玻璃離子聚合物釋放的氟化物往往比來自其它類別的牙科組合物比如金屬氧化物接合劑，複合聚合物〔compomer〕接合劑，或者氟化複合材料釋放的氟化物更高，因此，玻璃離子聚合物被認為可提供增強的止齲防護。玻璃離子聚合物材料的另一個優點是該接合劑與牙齒結構良好的臨床粘著力，因此可提供高度有保持力的修補。因為常規的玻璃離子聚合物不需要外部固化引發模式，所以它們通常作為填充物以大塊方式放置在深度的修補處，而不需要進行層化。
常規的玻璃離子聚合物的缺點之一是當手工混合時，這些組合物有些手法敏感性。它們通常從粉末組份和液體組分製備，因此需要稱重和混合操作之後施加。這樣操作的準確度部分取決於操作員的熟練和能力。當手工混合時，所述粉末組份和所述液體組分通常用抹刀在紙上進行混合。所述混合操作必須在短時間之內進行，需要熟練的手法以使所述材料完全顯示出希望的特性(即，所述接合劑性能取決於混合比率和混合的方式和徹底性)。另外，通過利用包含適當比例的粉末和液體組分的粉末液體被膜配方體系可改進一些不方便之處和手法敏感性。儘管被膜提供適當比例的粉末和液體組分，但它們仍需要被膜活化步驟以使雙組分結合，隨後在牙科搗碎器中機械拌和。
如由它們相對低的抗彎強度表明，常規的玻璃離子聚合物也可以是十分脆性的。因此，從常規的玻璃離子聚合物進行的修補在負荷表示法中往往更傾向於斷裂。另外，玻璃離子聚合物通常特徵在於高的視覺不透明度(即渾濁度)，尤其是當它們在硬化的最初階段接觸到水時，導致相對差的美觀性。
固化的RMGIs通常具有增加的強度性能(例如抗彎強度)，比常規的玻璃離子聚合物更少傾向於機械性的斷裂，通常需要底塗劑或者調節劑實現足夠的牙齒粘著力。

發明內容
本發明提供含納米填料的穩定的離子聚合物組合物，相對於以前的離子聚合物組合物可提供改進的特性。在一個實施方式中，本發明特徵在於可硬化的牙科組合物，包括多元酸；酸反應性填料；至少10wt％的平均粒度至多為200納米的納米填料，或每一種平均粒度至多為200納米的納米填料的組合物；和水。在另外的實施方式中，所述組合物另外包括可聚合的組份。通常，所述可聚合的組份是烯鍵式不飽和化合物，任選含有酸官能團。
所述組合物的多元酸組份通常包括具有多個酸性重複基團的聚合物。所述聚合物基本上沒有可聚合的基團，或者它可以包含多個可聚合的基團。
所述酸反應性填充劑通常選自金屬氧化物，玻璃，金屬鹽及其組合。通常，所述酸反應性填充劑包括FAS玻璃。本發明的一個優點是可硬化的組合物可以用比以前的GI和RMGI組合物更少的酸反應性填料來製備。因此，在一個實施方式中，本發明的組合物包括小於50wt％的酸反應性填充劑，其通常為FAS玻璃。
在本發明另外的實施方式中，所述酸反應性填充劑包括氟氧化物材料，它通常是納米結構的，例如以納米微粒的形式提供。通常，所述酸反應性氟氧化物材料是非熔化的，包括至少一種三價金屬(例如鋁，鑭等等)，氧，氟，和至少一種鹼土金屬(例如鍶，鈣，鋇等等)。所述氟氧化物材料可以為粒子或者納米微粒比如金屬氧化物粒子(例如矽石)上的塗層的形式。
除所述酸反應性填料之外，本發明的組合物還包含至少一種納米填料，所述的納米填料可以是酸反應性的或非酸反應性的。通常，所述納米填料包括選自矽石；二氧化鋯；鈦，鋁，鈰，錫，釔，鍶，鋇，鑭，鋅，鐿，鉍，鐵和銻的氧化物；及其組合的納米微粒。通常，所述納米填料的一部分表面進行矽烷處理或化學處理以提供一種或多種希望的物理性質。
本發明的組合物也可以包括一種或多種任選的添加劑，比如其它填料，熱解填料，氟化物源，增白劑，防齲劑(例如木糖醇)，再礦化試劑(例如磷酸鈣化合物)，酶，呼吸清涼劑，麻藥，凝固試劑，酸中和劑，化學治療劑，免疫應答改性劑，藥劑，指示劑，染料，顏料，潤溼劑，酒石酸，螯合劑，表面活性劑，緩衝劑，粘度調節劑，觸變膠，多羥基化合物，殺菌劑，消炎試劑，抗真菌劑，穩定劑，口乾症處理劑，脫敏劑及其組合。
本發明的組合物可以另外包括光引發劑體系和/或氧化還原固化體系。
另外，所述組合物可以以多部分體系的形式提供，其中不同的組分被分成兩個或多個獨立的部分。通常，所述組合物是兩部分體系，比如糊劑-糊劑組合物，糊劑-液體組合物，糊劑-粉末組合物，或者粉末-液體組合物。
正如以上討論的，本發明的特徵之一是它可提供可硬化的離子聚合物組合物，同時比常規的玻璃離子聚合物使用更少的酸反應性填充劑。這便利兩部分糊劑-糊劑組合物的製備。這是通常希望的，因為與例如粉末-液體體系相比，這樣的體系容易混合和調劑。
本發明的組合物可用於各種各樣的牙科和正牙應用中，包括用於牙科補劑，牙科粘合劑，牙科接合劑，空腔襯裡材料，正牙粘合劑，牙科密封劑和牙科塗料中。所述組合物通過硬化形成例如牙齒打磨器毛坯，牙冠，補牙，假牙，和正牙器件可用來製備牙科製品。
本發明的離子聚合物組合物顯示良好的美觀性，低視覺不透明度(一經硬化通常就至多約0.50，通過本發明描述的視覺不透明度(MacBeth Values)試驗方法確定)，射線不透性，耐用性，優異的光澤，光澤保持力(通常至少10％根據本發明描述的光澤保持力試驗方法確定)和良好的耐磨性，和良好的物理性質，包括機械強度，例如撓性，徑向拉伸和抗壓強度，和與牙齒結構的粘合強度。進一步，所述組合物也可以提供與牙質和牙釉質的粘著，而不需要底塗劑，浸蝕劑或者預調節劑。另外，本發明通過糊劑-糊劑組合物製劑可以提供容易的混合和方便的調劑。
本發明其它的特徵和優點從其以下的詳細說明中和從權利要求中顯而易見。
定義就「可硬化的」來說意思是所述組合物，例如通過加熱，化學交聯，輻射線誘導的聚合或者交聯等，可以固化或者固結。
就「填料」來說意思是適合用於口腔環境的顆粒材料。牙科填料通常的平均粒度最多為100微米。
就「納米填料」來說意思是平均初級粒子尺寸最多為200納米的填料。所述納米填料組份可以是單一納米填料或納米填料的組合物。典型的，納米填料包括非熱解的納米微粒或納米簇。
就「糊劑」來說意思是分散在液體中的軟的粘性的固體物質。
就「酸反應性填料」來說意思是在酸性組分存在下化學反應的填料。
就「氟氧化物」來說意思是其中氧和氟原子結合到相同的原子(例如氟氧化鋁中的鋁)的材料。通常，至少50％的氟原子結合到氟氧化物材料中帶有氧原子的原子上。
就「納米結構」來說意思是形式為具有至少一維平均起來最多200納米的材料(例如納米尺寸的粒子)。因此，納米結構材料指包括例如本發明以下定義的納米微粒的材料；納米微粒的聚集體；粒子上塗敷的材料，其中所述塗料的平均厚度最多為200納米；粒子聚集體上塗敷的材料，其中所述塗料的平均厚度最多為200納米；平均孔徑最多為200納米的多孔結構中滲入的材料；及其組合。多孔結構包括例如多孔顆粒，多孔的粒子聚集體，多孔塗料及其組合。
如本發明使用的「納米微粒」與「納米尺寸粒子」同義使用，指平均尺寸最多為200納米的粒子。如本發明使用的球狀顆粒，「尺寸」指顆粒的直徑。如本發明使用的非球狀顆粒，「尺寸」指所述顆粒最長的尺寸。
就「納米簇」來說意思是通過相對弱的可使納米微粒一起結塊即聚集的分子間力，由納米微粒聚集形成的共生體。通常，納米簇的平均尺寸最多為10微米。
術語「含有酸官能團的烯鍵式不飽和化合物」意思是包括具有烯鍵不飽和度和酸和/或酸前體官能度的單體，低聚物，聚合物。酸前體官能度包括例如酸酐，醯基滷和焦磷酸酯。
就「牙科組合物和牙科製品」來說意思是包括正牙組合物(例如正牙粘合劑)和正牙器件(例如正牙器械比如保持器，夜間用牙罩，託架，頰面管，嵌帶，夾板，定距撥扣，舌音保持器，牙合印膜開啟工具，位置控制器等)。
詳細說明本發明涉及包含納米填料組份(即一種或多種納米填料)的牙科(包括正牙)組合物，特別地涉及離子聚合物組合物，例如玻璃離子聚合物組合物。這些可硬化的組合物還包含多元酸，酸反應性填料，任選的可聚合組份，和水。將一種或多種納米填料結合進入組合物中，與以前熟知的玻璃離子聚合物組合物相比，可提供改進的特性，包括增強的美觀性(例如低的視覺不透明度)和光澤保持力。
可聚合的組份如上所述，本發明可硬化的牙科組合物任選包括可聚合的組份。所述可聚合的組份可以任選是有或者沒有酸官能團的烯鍵式不飽和化合物。
本發明的可聚合的組份可以是可硬化樹脂的一部分。這些樹脂通常是能夠硬化以形成聚合物網絡的熱固性材料，包括例如丙烯酸酯官能團的材料，甲基丙烯酸酯官能團的材料，環氧官能團的材料，乙烯基官能團的材料，和其混合物。通常，所述可硬化的樹脂由一種或多種形成基質的低聚物，單體，聚合物或者其共混物製成。
在特定實施方式中，其中公開在本發明申請中的牙科組合物是牙科複合材料，適於使用的可聚合的材料包括具有足夠強度，水解穩定性和無毒性的可硬化的有機材料，使它們適於在口腔的環境中使用。該材料的例子包括丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，聚氨酯，氨基甲醯基異氰尿酸酯，環氧化合物，和其混合物，和其衍生物。
一類優選的可硬化的材料包括具有含有自由基活性官能團的可聚合組分的材料。該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，及其組合。
在具有自由基活性官能團的可硬化樹脂類中，用於本發明適當的可聚合組分包含至少一個烯鍵式不飽和鍵，並能夠進行加成聚合作用。該自由基烯鍵式不飽和化合物包括例如單，二或者聚(甲基)丙烯酸酯(即，丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)，比如(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，丙烯酸十八烷酯，丙烯酸烯丙酯，三丙烯酸甘油酯，二丙烯酸乙二醇酯，二丙烯酸二甘醇酯，二甲基丙烯酸三甘醇酯，二(甲基)丙烯酸1，3-丙二醇酯，三丙烯酸三羥甲基丙烷酯，三甲基丙烯酸1，2，4-丁三醇酯，二丙烯酸1，4-環己二醇酯，四(甲基)丙烯酸季戊四醇酯，六丙烯酸山梨糖醇酯，(甲基)丙烯酸四氫化糠基酯，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)，比如(甲基)丙烯醯胺，亞甲基雙(甲基)丙烯醯胺，和乙醯丙酮(甲基)丙烯醯胺；聚氨酯(甲基)丙烯酸酯；雙(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯(優選分子量為200-500)；丙烯酸脂化單體的可共聚的混合物，比如在US4,652,274中(Boettcher et al.)的那些；丙烯酸酯化低聚物，比如US4,642,126(Zador et al.)中的那些；和乙烯化合物，比如苯乙烯，鄰苯二甲酸二烯丙酯，琥珀酸二乙烯基酯，己二酸二乙烯基酯和鄰苯二甲酸二乙烯基酯。其它適當的自由基可聚合的化合物包括如公開在例如WO-00/38619(Guggenberger et al.)，WO-01/92271(Weinmann etal.)，WO-01/07444(Guggenberger et al.)，WO-0042092(Guggenberger etal.)中的矽氧烷官能的(甲基)丙烯酸酯，和如公開在例如US5,076,844(Fock et al.)，US4,356,296(Griffith et al.)，EP-0373384(Wagenknecht etal.)，EP-0201031(Reiners et al.)和EP-0201778(Reiners et al.)中的含氟聚合物官能的(甲基)丙烯酸酯。如果希望，可以使用兩種或多種自由基可聚合的化合物的混合物。
所述可聚合的組份也可以在單分子中包含羥基和自由基活性官能團。該材料的例子包括(甲基)丙烯酸羥烷基酯，比如(甲基)丙烯酸2-羥乙基酯，和(甲基)丙烯酸2-羥丙基酯；單或者二(甲基)丙烯酸甘油酯；單或者二(甲基)丙烯酸三羥甲基丙烷酯；單，二和三(甲基)丙烯酸季戊四醇酯；單，二，三，四或者五(甲基)丙烯酸山梨糖醇酯；2，2-雙[4-(2-羥基-3-甲基丙烯醯氧丙氧基)苯基]丙烷(bisGMA)。適當的烯鍵式不飽和化合物可以多種商業源獲得，比如Sigma-Aldrich，St.Louis，MO。如果希望，可以使用烯鍵式不飽和化合物的混合物。
含有酸官能團的可聚合的組份如果存在，所述可聚合的組份任選包括含有酸官能團的烯鍵式不飽和化合物。優選，所述酸官能團包括碳，硫，磷或者硼的含氧酸(即，含氧酸)。
該化合物包括例如α，β-不飽和酸性化合物，比如磷酸甘油酯單甲基丙烯酸酯，磷酸甘油酯二甲基丙烯酸酯，甲基丙烯酸羥乙酯磷酸酯，檸檬酸二或者三甲基丙烯酸酯，聚(甲基)丙烯酸酯化的低聚馬來酸，聚(甲基)丙烯酸酯化的聚馬來酸，聚(甲基)丙烯酸酯化的聚(甲基)丙烯酸，聚(甲基)丙烯酸酯化的聚羧基-聚膦酸，聚(甲基)丙烯酸酯化的多氯磷酸；聚(甲基)丙烯酸酯化的聚磺酸，聚(甲基)丙烯酸酯化的聚硼酸，等等，可以用作可硬化樹脂體系中的組分。
這些特定的化合物例如作為(甲基)丙烯酸異氰酸烷基酯和羧酸之間的反應產物而獲得。具有酸官能和烯鍵式不飽和組分的這類型另外的化合物描述於US4,872,936(Engelbrecht)和5,130,347(Mitra)。可以使用包括烯鍵式不飽和和酸部分各式各樣的這樣的化合物。如果希望，可以使用這樣的化合物的混合物。
另外的含有酸官能團的烯鍵式不飽和化合物包括例如，公開在美國專利申請10/729,497中的可聚合的雙膦酸；AA∶ITA∶IEM(通過使AA∶ITA共聚物與足夠的甲基丙烯酸2-異氰酸乙基酯反應，使所述共聚物酸基的一部分轉化為懸垂的甲基丙烯酸酯基團，從而得到含有懸垂甲基丙烯酸酯的丙烯酸∶衣康酸共聚物，如描述在US 5,130,347(Mitra)的實施例11中)；和在US4,259,075(Yamauchi et al.)，4,499,251(Omura et al.)，4,537,940(Omura et al.)，4,539,382(Omura et al.)，5,530,038(Yamamoto et al.)，6,458,868(Okada et al.)，和EP 712,622(Tokuyama Corp.)和EP 1,051,961(Kuraray Co.，Ltd.)中的那些。
當存在含有酸官能團的烯鍵式不飽和化合物時，本發明的組合物基於未填充組合物的總重量，典型包括至少1wt％，更典型至少3wt％，最典型至少5wt％的含有酸官能團的烯鍵式不飽和化合物。典型的，本發明組合物基於未填充組合物總重量，包括最多50wt％，更典型最多40wt％，最典型最多30wt％含有酸官能團的烯鍵式不飽和化合物。
通過酸活性填料/多元酸反應(即，酸/鹼反應)實現所述組合物的部分或者完全硬化。在特定實施方式中，所述組合物也包含一經用光化輻射照射就引發所述組合物聚合(或者硬化)的光引發劑體系。這樣的可光聚合的組合物是自由基可聚合的。
自由基引發體系對於自由基聚合(例如硬化)，引發體系可以選自通過輻射，熱，或者氧化還原/自動固化化學反應可引發聚合的體系。一類能夠引發自由基活性官能團聚合的引發劑包括生成自由基的光引發劑，任選結合有光敏劑或者促進劑。這樣的引發劑典型地能夠一經接觸波長為200-800納米的光能量就能生成加成聚合的自由基。
適當的用於自由基可光聚合組合物進行聚合的光引發劑(即，包括一種或多種化合物的光引發劑體系)包括二元的和三元體系。典型的三元光引發劑包括如描述於US 5,545,676(Palazzotto et al.)中的碘鎓鹽，光敏劑和電子供體化合物。優選的碘鎓鹽是二芳基碘鎓鹽，例如二苯基碘鎓氯化物，二苯基碘鎓六氟磷酸鹽，二苯基碘鎓四氟硼酸鹽，和甲苯基異丙苯基碘鎓四(五氟苯基)硼酸鹽。優選的光敏劑是可吸收約400納米-520納米(優選，450納米-500納米)範圍一些光的一元酮和二酮。更優選化合物是可吸收400納米-520納米(更優選，450-500納米)範圍一些光的α-二酮。優選的化合物是樟腦醌，偶苯醯，糠偶醯，3，3，6，6-四甲基環己二酮，菲醌，1-苯基-1，2-丙二酮，及其他1-芳基-2-烷基-1，2-乙二酮，和環狀的α-二酮。最優選的是樟腦醌。優選的電子供體化合物包括取代的胺，例如乙基二甲基氨基苯甲酸鹽。其它適當的可用於光聚合陽離子可聚合樹脂的三元光引發劑體系例如描述在US2003/0166737(Dede et al.)中。
其它適當的用於聚合自由基可光聚合組合物的光引發劑典型地包括具有380納米-1200納米官能波長範圍的氧化膦類。優選的官能波長範圍為380納米-450納米的氧化膦自由基引發劑是醯基和雙醯基氧化膦，比如描述於U.S 4,298,738(Lechtken et al.)，4,324,744(Lechtken etal.)，4,385,109(Lechtken et al.)，4,710,523(Lechtken et al.)，和4,737,593(Ellrich et al.)，6,25 1,963(Kohler et al.)；和EP 0173 567 A2(Ying)中的那些。
商業可獲得的當在大於380納米-450納米波長範圍輻照時，能夠實現自由基引發的氧化膦光引發劑例如包括雙(2，4，6-三甲基苯甲醯基)苯基氧化膦，以商品名IRGACURE 819從Ciba Specialty Chemicals，Tarrytown，NY得到；雙(2，6-二甲氧基苯甲醯基)-(2，4，4-三甲基戊基)氧化膦，以商品名CGI 403從Ciba Specialty Chemicals得到；雙(2，6-二甲氧基苯甲醯基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦和2-羥基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮的25∶75按重量的混合物，以商品名IRGACURE 1700從CibaSpecialty Chemicals得到；雙(2，4，6-三甲基苯甲醯基)苯基氧化膦和2-羥基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮按重量1∶1的混合物，以商品名DAROCUR 4265從Ciba Specialty Chemicals得到；和乙基2，4，6-三甲基苯甲基苯基亞膦酸酯，以商品名LUCIRINLR8893X從BASF Corp.，Charlotte，NC得到。
典型的，氧化膦引發劑以催化有效量存在於可光聚合組合物中，比如基於組合物總重量為0.1wt％-5wt％。
叔胺還原劑可以與醯基氧化膦一起使用。用於本發明說明性的叔胺包括乙基4-(N，N-二甲基氨基)苯甲酸鹽和N，N-二甲氨基乙基甲基丙烯酸酯。如果存在，所述可光聚合組合物中所述胺還原劑的含量基於組合物總重量為0.1wt％-5wt％。其它引發劑的有用的量是本領域普通技術人員所熟知的。
另外可選地用於本發明牙科材料中的另外的自由基引發劑體系包括含硼酸鹽陰離子和互補陽離子染料的離子染料-平衡離子絡合物引發劑類。硼酸鹽光引發劑例如描述在US 4,772,530(Gottschalk et al.)，4,954,414(Adair et al.)，4,874,450(Gottschalk)，5,055,372(Shanklin etal.)，和5,057,393(Shanklin et al.)中。
本發明可硬化的樹脂可以包括氧化還原固化體系，所述的固化體系包括可聚合的組份(例如，烯鍵式不飽和可聚合的組份)和包括氧化劑和還原劑的氧化還原試劑。適當的用於本發明可聚合的組分和氧化還原試劑描述於US No.2003/0166740(Mitra et al.)和US No.2003/0195273(Mitra et al.)中。
所述還原和氧化劑應該彼此起反應，或彼此協同作用，產生能夠引發樹脂體系(例如烯鍵式不飽和組份)聚合的自由基。這類固化是暗反應，亦即，它不取決於光的存在，可以在沒有光的情況下進行。所述還原和氧化劑優選具有足夠的儲存穩定性，沒有不希望的變色，以使它們可在典型的牙科條件下儲藏和使用。它們應該與樹脂體系可充分溶混(和優選水可溶)，以使可聚合的組合物在其它的組分中容易溶解(並阻止與其分離)。
有用的還原劑例如包括抗壞血酸，抗壞血酸衍生物，和金屬絡合的抗壞血酸化合物，如描述於US5,501,727(Wang et al.)中；胺，尤其是叔胺，比如4-叔丁基二甲基苯胺；芳香亞磺酸鹽，比如p-甲苯亞磺酸鹽和苯亞磺酸鹽；硫脲，比如1-乙基-2-硫脲，四乙基硫脲，四甲基硫脲，1，1-二丁基硫脲，和1，3-二丁基硫脲；和其混合物。其它的第二還原劑可以包括鈷(II)氯化物，氯化亞鐵，硫酸亞鐵，肼，羥胺(取決於選擇的氧化劑)，連二亞硫酸鹽或者亞硫酸鹽陰離子，及其組合。優選，所述還原劑是胺。
適當的氧化劑是本領域的普通技術人員所熟知的，例如包括過硫酸和其鹽，比如鈉，鉀，銨，銫和烷基銨鹽。另外的氧化劑例如包括過氧化物比如過氧化苯甲醯，過氧化氫化物比如枯基過氧氫，叔丁基氫過氧化物，和戊烷基氫過氧化物，及過渡金屬鹽比如氯化鈷(III)和氯化鐵，硫酸鹽鈰(IV)，過硼酸和其鹽，高錳酸和其鹽，過二磷酸和其鹽，及其組合。
可能希望使用多於一種氧化劑或者多於一種還原劑。也可以加入將少量的過渡金屬化合物以加快氧化還原固化的速率。在一些實施方式中，優選的包括第二離子的鹽以提高可硬化的組合物穩定性，如在US No.2003/0195273(Mitra et al.)中的描述。
含有的還原和氧化劑的量足夠實現相當的自由基反應速率。這可以通過結合除填料之外的可硬化組合物所有的成分而進行評價，觀測是否可獲得硬化物質。
優選，所述還原劑的含量基於可硬化的組合物組分的總重量(包括水)為至少0.01wt％，更優選至少為0.10wt％。優選，所述還原劑含量基於所述可聚合的組合物所述組分總重量(包括水)不大於10wt％，更優選不大於5wt％。
優選，所述氧化劑的含量基於可聚合的組合物組分的總重量(包括水)為至少0.01wt％，更優選至少為0.10wt％。優選，所述氧化劑含量基於所述可硬化的組合物所述組分總重量(包括水)不大於10wt％，更優選不大於5wt％。
所述還原或者氧化劑可以是微囊密封的，如在US 5,154,762(Mitraet al.)中的描述。這通常會提高可聚合的組合物的儲存穩定性，如有必要，可以將還原和氧化劑包裝在一起。例如，通過適當的選擇密封劑，所述氧化和還原劑可以與酸官能組份和任選填料結合，保持在儲藏穩定的狀態。同樣，通過適當的選擇水不溶解的密封劑，所述還原和氧化劑可以與FAS玻璃和水結合在一起，保持在儲藏穩定的狀態。
在另外的替代方案中，可以使用熱引發自由基活性基團的硬化或者聚合。適於本發明牙科材料的熱源的例子包括電感的，對流的和輻射的熱源。熱源在正常情況下或者在高壓下應該能夠產生至少40℃，最多150℃的溫度。該方法對於在口腔環境外引發材料聚合是優選的。
另一供選擇類別的能夠引發可硬化的樹脂中自由基活性官能團聚合的引發劑是，包括產生自由基熱引發劑的那些。例子包括過氧化物(例如，過氧化苯甲醯和月桂基過氧化物)和偶氮化合物(例如，2，2-偶氮二異丁腈(AIBN))。
公開在本發明中的牙科組合物中優選以有效量提供光引發劑化合物，以引發或者提高樹脂體系硬化或者硬化速率。有用的可光聚合組合物在安全光條件下通過簡單混合如上所述的組分製備。如果需要，當製備該混合物時，可以使用適當的惰性溶劑。可以使用與有創造性的組合物組分沒有明顯反應的任何溶劑。適當的溶劑例子例如包括丙酮，二氯甲烷和乙腈。
多元酸本發明的組合物包括至少一種多元酸，它可以是不能固化或者不能聚合的多元酸，或者可固化或者可聚合的多元酸(例如樹脂改性的多元酸)。典型的，所述多元酸是具有多個酸性重複單元和多個可聚合的基團的聚合物。在選擇的實施方式中，所述多元酸基本上沒有可聚合的基團。所述多元酸不必是完全水溶性的，但是它應該至少具有充分的水可溶混性，因此當與其它的水溶液組分結合時它不產生大量的沉積。適當的多元酸在US 4,209,434(Wilson et al.)中的第二欄第62行到第3欄第6行中列出。所述多元酸應該具有足夠的分子量提供良好的儲藏，處理和混合特性。典型的重均分子量是5,000-100,000，使用凝膠滲透色譜法相對於標準聚苯乙烯評價。
在一個實施方式中，所述多元酸是可固化或者可聚合的樹脂。亦即，它包含至少一個烯鍵式不飽和基團。適當的烯鍵式不飽和多元酸描述於US 4,872,936(Engelbrecht)中，例如第3和4欄，和EP 323 120 B1(Mitra)中，例如在第3頁第55行到第5頁第8行中。典型的，調節酸基和烯鍵式不飽和基團的數量以在牙科組合物中提供適當的平衡特性。優選的是其中10％-70％的酸基被烯鍵式不飽和基團取代的多元酸。
在其它的實施方式中，所述多元酸例如在酸反應性填料和水存在下可硬化，但不包含烯鍵式不飽和基團。亦即，它是不飽和酸的低聚物或者聚合物。典型的，所述不飽和酸是碳，硫，磷或者硼的含氧酸(即，含氧的酸)。更典型的，它是碳的含氧酸。這樣的多元酸例如包括聚鏈烯酸，比如不飽和單，二或者三羧酸的均聚物和共聚物。通過不飽和脂族羧酸的共聚可以製備聚鏈烯酸，所述的不飽和脂族羧酸例如丙烯酸，2-氯代丙烯酸，3-氯代丙烯酸，2-溴代丙烯酸，3-溴代丙烯酸，甲基丙烯酸，衣康酸，馬來酸，戊烯二酸，丙烯三羧酸，檸康酸，甲基反式丁烯二酸，富馬酸和惕各酸。可以與所述不飽和脂族羧酸共聚的適當的單體例如包括不飽和脂肪族化合物，比如丙烯醯胺，丙烯腈，氯乙烯，烯丙基氯，醋酸乙烯酯和甲基丙烯酸2-羥乙酯。如果希望，可以使用三聚和高級的聚合物。特別優選的是丙烯酸的均聚物和共聚物。聚鏈烯酸應該基本上沒有未聚合的單體。
多元酸的量應該足夠與酸反應性填料起反應並提供具有希望硬化特性的離子聚合物組合物。典型的，所述多元酸基於未填充組合物總重量，代表至少1wt％，更典型的至少3wt％，最典型的至少5wt％。典型的，所述多元酸基於未填充組合物總重量，代表最多90wt％，更典型的最多60wt％，最典型的最多30wt％。
酸反應性填料適當的酸反應性填料包括金屬氧化物，玻璃和金屬鹽。典型的金屬氧化物包括氧化鋇，氧化鈣，氧化鎂和氧化鋅。典型的玻璃包括硼玻璃，磷酸鹽玻璃，和氟代矽鋁酸鹽(「FAS」)玻璃。FAS玻璃是特別優選的。所述FAS玻璃典型地包含足夠的可洗提出的陽離子，因此當所述玻璃與可硬化的組合物組分混合時形成硬化的牙科組合物。所述玻璃同樣典型地包含足夠的可洗提出的氟化物離子，因此硬化組合物可具有止齲特性。所述玻璃可以從包括氟化物，氧化鋁，及其他形成玻璃的成分，使用FAS玻璃製造工業領域中普通技術人員熟知的技術進行製造。所述FAS玻璃典型的為粒子形式，所述的粒子被充分地細碎，因此它們能方便地與其它的接合劑組分混合，當所述得到的混合物用於口腔中時表現良好。
通常，FAS玻璃的平均粒度(典型的，直徑)當使用例如沉積分析器測量時不大於約12微米，典型的不大於10微米，和更典型的不大於約5微米。適當的FAS玻璃是本領域的普通技術人員熟知的，可以從各種各樣的商業源獲得，目前可得到的許多是玻璃離子聚合物接合劑，比如以商品名VITREMER，VITREBOND，RELY X LUTING CEMENT，RELY X LUTING PLUS CEMENT，PHOTAC-FIL QUICK，KETACMOLAR和KETAC-FIL PLUS(3M ESPE Dental Products，St.Paul，MN)，FUJI II LC和FUJI IX(G-C Dental Industrial Corp.，Tokyo，Japan)和CHEMFIL Superior(Dentsply International，York，PA)商業獲得的那些。如果希望，可以使用填料的混合物。
所述FAS玻璃可以任選經表面處理。適當的表面處理包括但是不局限於酸洗(例如，用磷酸處理)，用磷酸鹽處理，用螯合劑比如酒石酸處理，和用矽烷或者酸性或者鹼性的矽醇溶液處理。希望調節處理溶液或者處理的玻璃的pH到中性或者接近中性，因為這能增加可硬化的組合物的儲藏穩定性。
在另外的實施方式中，所述酸反應性填料包括不熔化的氟氧化物材料。所述氟氧化物材料可以包括三價金屬，氧，氟和鹼土金屬。優選，所述三價金屬是鋁，鑭或者其組合。更優選，所述三價金屬是鋁。優選，所述鹼土金屬是鍶，鈣，鋇或者其組合。在本發明的一些實施方式中，所述氟氧化物材料可以另外包括矽和/或重金屬(例如，鋯，鑭，鈮，釔或者鉭)，或者更具體地說，其氧化物，氟化物和/或氟氧化物。
在本發明一些實施方式中，至少一部分所述的氟氧化物材料是納米結構的。這樣的納米結構材料包括例如形式為納米微粒，粒子上的塗層，粒子聚集體上的塗層，多孔結構中的滲入物及其組合的氟氧化物材料。優選至少90wt％，更優選至少95wt％，最優選至少98wt％的氟氧化物材料是納米結構。
在2004年5月17日申請的專利申請，名稱為「酸反應性牙科填料，組合物和方法」(代理人卷號58618US002)中描述了適當的氟氧化物材料和它們在牙科組合物中的用途。
酸反應性填料的量應該足夠提供硬化之前具有希望混合和處理性能，硬化之後具有良好物理和光學性質的離子聚合物組合物。通常，所述反應性填料代表所述組合物總重量的小於約85％。典型的，基於所述組合物總重量，所述酸反應性填料代表至少10wt％，和更典型的至少20wt％。典型的，基於所述組合物總重量，所述酸反應性填料代表最多75wt％，和更典型的最多50wt％。
納米填料本發明的組合物包含一種或多種可以是酸反應性的或非酸反應性的納米填料。所述納米填料通常的平均粒度最多為200納米，更通常最多為100納米。這樣的納米填料通常的平均粒度至少為2納米，更通常至少為5納米。通常，所述納米填料包括選自矽石；二氧化鋯；鈦，鋁，鈰，錫，釔，鍶，鋇，鑭，鋅，鐿，鉍，鐵和銻的氧化物；及其組合的納米微粒。更通常，所述納米填料包括選自矽石；二氧化鋯；氧化鈦；及其組合的納米微粒。在一些實施方式中，所述納米填料形式為納米簇，通常至少為80wt％的納米簇。更通常，所述納米簇包括矽石簇，矽石-二氧化鋯簇，及其組合。在其它的實施方式中，所述納米填料形式為納米微粒和納米簇的組合物。通常，所述納米填料的一部分表面進行矽烷處理或化學處理以提供一種或多種希望的物理性質。
適當的納米填料公開在US 6,387,981(Zhang et al.)和6,572,693(Wu et al.)以及WO01/30305(Zhang et al.)，WO01/30306(Windisch etal.)，WO 01/30307(Zhang et al.)和WO 03/063804(Wu et al.)中。描述於這些參考文獻中的填料組分包括納米尺寸的矽石微粒，納米尺寸的金屬氧化物粒子及其組合。納米填料也描述於都於2004年5月17日申請的US專利申請名稱為「包含納米氧化鋯填料的牙科組合物」(代理人案卷號59609US002)和US專利申請名稱為「使用納米微粒調節牙科組合物的折光率」(代理人案卷號59611US002)中。
通常，本發明的納米填料是非熱解的填料，然而熱解的填料作為任選的添加劑能加入到所述牙科組合物中。
上面描述的至少部分為納米結構的酸反應性，非熔化氟氧化物物料可以用作本發明的納米填料。
納米填料的量應該足夠使得離子聚合物組合物在硬化以前具有希望的混合和處理性能，在硬化之後具有良好物理和光學性質。典型的，基於所述組合物總重量，所述納米填料代表至少0.1wt％，更典型的至少10wt％和最典型的至少20wt％。典型的，基於所述組合物總重量，所述納米填料代表最多80wt％，更典型的最多70wt％和最典型的最多60wt％。
其它的填料除所述酸反應性填料和所述納米氧化鋯填料組分之外，本發明的組合物也可以任選包括一種或多種其它的填料。這樣的填料可以選自適合用於牙科和/或正牙組合物中的一種或多種各式各樣的材料。
其它的填料可以是無機材料。也可以是交聯的在所述組合物的樹脂組份中不溶解的有機材料，任選填充有無機填料。在任何情況下所述填料應該是無毒的而且適合用於口腔中。所述填料是輻射透不過的或者射線半透過的。所述填料典型的基本上是不溶於水。
適合的無機填料例子是天然或者合成材料，包括然而並非限於石英；氮化物(例如，四氮化三矽)；來源於例如Zr，Sr，Ce，Sb，Sn，Ba，Zn和Al的玻璃；長石；硼矽玻璃；高嶺土；滑石；二氧化鈦；低莫氏硬度的填料，比如描述於US4,695,251(Randklev)中的那些；和矽石微粒(例如，亞微細粒熱解矽石，比如以商品名AEROSIL，包括「OX50」，「130」，「150」和「200」矽石，得自Degussa AG，Hanau，Germany的那些，和得自Cabot Corp.，Tuscola，IL的CAB-O-SIL M5矽石。適合的有機填料粒子的例子包括填充的或者未填充的研磨的聚碳酸酯，聚環氧化合物等等。
適當的非酸反應性填料粒子是石英，亞微細粒矽石，和描述於US4,503169(Randklev)中的非玻璃狀的微顆粒類。同樣預期使用這些非酸反應性填料的混合物,及由有機的和無機材料製造的組合物填料。
所述填料粒子的表面也可以用偶聯劑處理以增強所述填料和樹脂之間的結合。使用適當的偶聯劑包括γ-甲基丙烯醯氧丙基三甲氧基矽烷，γ-巰基丙基三乙氧基矽烷，γ-氨基丙基三甲氧基矽烷等等。有用的矽烷偶聯劑的例子是從Crompton Corporation，Naugatuck，CT，以SILQUEST A-174和SILQUEST A-1230得到的那些。
對於本發明的一些包括其它填料(例如，牙科補劑組合物)的實施方式，所述組合物基於組合物總重量，可以包括至少1wt％，更優選至少2wt％，最優選至少5wt％的其它的填料。對於該實施方式，本發明的組合物基於組合物總重量，優選包括最多40wt％，更優選最多20wt％，最優選最多15wt％的其它填料。
水本發明的組合物包含水。所述的水可以是蒸餾水，去離子水或者普通的自來水。典型的，使用去離子水。
水量應該足夠提供適當的處理和混合特性，並使離子特別在填料-酸的反應中傳輸。優選，水代表使用的成分總重量的至少2wt％，更優選至少5wt％以形成所述組合物。優選，水代表使用的成分總重量的不大於90wt％，更優選不大於80wt％以形成所述組合物。
任選的添加劑任選，所述可硬化的組合物可以包含其它的溶劑，共溶劑(例如醇)或者稀釋劑。如果需要，本發明可硬化的組合物能包含添加劑，比如指示劑，染料，顏料，抑止劑，促進劑，粘度調節劑，潤溼劑，酒石酸，螯合劑，表面活性劑，緩衝劑，穩定劑，及其他類似的對於本領域的普通技術人員顯而易見的成分。另外，藥劑或者其它的治療物質任選能加入到所述牙科組合物中。例子包括但是不局限於通常用於牙科組合物中類型的氟化物源，增白劑，防齲劑(例如木糖醇)，再礦化試劑(例如磷酸鈣化合物)，酶，呼吸清涼劑，麻藥，凝固試劑，酸中和劑，化學治療劑，免疫應答改性劑，觸變膠，多羥基化合物，消炎試劑，殺菌劑，抗真菌劑，治療口乾症的試劑，脫敏劑等。也可以使用以上添加劑的任意組合物。不需要過多的試驗，本領域的普通技術人員可確定任一種這樣的添加劑的選擇和量以實現希望的結果。
組合物的製備和應用本發明可硬化的牙科組合物通過使用常規的混合技術結合所有不同的組分而製備。正如以上討論的，所述組合物可以通過酸反應性填料和多元酸之間的離子反應部分或者完全地硬化。任選，所述組合物可以包含可聚合的組份和光引發劑，可以通過光引發作用硬化，或者可以通過化學聚合比如其中所述組合物包含自由基引發劑體系，例如包括氧化劑和還原劑的氧化還原固化體系而部分或者完全地硬化。可選擇地，所述可硬化的組合物可以包含不同的引發劑體系，因此所述組合物不僅是可光聚合的，而且是可化學聚合的組合物，及離子可硬化的組合物。
本發明可硬化的組合物能以各種各樣的形式提供，包括一個部分的體系和多個部分的體系，例如兩部分粉末/液體，糊劑/液體，糊劑/粉末和糊劑/糊劑體系。其它的使用多部分組合物(即，兩個或多個部分的組合物)的形式同樣是可能的，多個部分的每一個部分形式為粉末，液體，凝膠或者糊劑。所述組合物不同的組分可以以任何希望方式分為獨立的部分；然而，多元酸，酸反應性填料和水通常不全部都存在於相同的部分中，儘管在相同部分中這些任意的兩種可以與其它組分的任意組合物一起成為一組。進一步，在氧化還原多個部分的體系中，一個部分典型地包含氧化劑，另外的部分典型地包含還原劑。然而，如果所述組分例如通過使用微型被膜保持隔離，那麼所述還原劑和氧化劑可以在體系相同的部分中結合。
在一個實施方式中，本發明的組合物作為兩部分的糊劑-糊劑體系提供。第一部分，糊劑A，通常包含水，還原劑，光固化催化劑，FAS玻璃，非酸反應性納米填料和輻射不能透過的納米填料。任選的成分，比如反應性納米填料，納米簇填料，相容的活性稀釋劑和樹脂可以加入到糊劑A中。第二部分，糊劑B，通常包含改性的具有少量甲基丙烯酸酯側基的多元羧酸(例如見，US4,872,936和5,130,347)。糊劑B也可以包含酸性單體組份，不起反應的納米填料和/或納米簇填料，氧化劑和光固化催化劑。任選的用於糊劑A和糊劑B的成分包括多官能的甲基丙烯酸樹脂添加劑，穩定劑和著色劑。糊劑A和糊劑B中成分的組合通常提供穩定的RMGI組合物，所述的組合物具有與牙質和牙釉質的無底塗層的粘合性，X-光診斷的射線不透性和改進的美觀性。這樣的組合物尤其是通過方便的一步容易混合的直接修補方法可用於大量填充的牙齒修補。
在一些實施方式中，本發明的兩個部分的牙科組合物能以具有第一筒體和第二筒體的雙筒注射器提供，其中部分A位於第一筒體中，部分B位於第二筒體中。在其它的實施方式中，本發明兩部分的牙科組合物能以單位劑量被膜提供。在一些實施方式中，多部分牙科體系的每一部分能使用靜態混合器混合在一起。
可硬化的組合物的組分能包含在製劑包中，其中包裝組合物的內容物以儲藏所述組分直到需要它們時。
當用作牙科組合物時，能使用常規方法混合所述可硬化的組合物的組分並臨床應用。通常需要固化光引發可光聚合的組合物。所述組合物的形式為可與牙質和/或牙釉質粘合良好的複合材料或者補劑。任選，可以在使用可硬化組合物的牙齒組織上使用底塗劑層。所述例如包括FAS玻璃或者其它釋放氟化物材料的組合物也可以提供良好的長期氟化物釋放。本發明的一些實施方式可以提供玻璃離子聚合物接合劑或者粘合劑，它們能在不應用光或者其它外部固化能量的情況下而本體固化，不需要預處理，具有改進的物理性質包括改進的抗彎強度，和具有高的氟化物釋放止齲效果。
本發明可硬化的牙科組合物可進行特別適當地改造用於各式各樣形式的牙科材料。它們可用於通常為填充組合物的牙齒修復接合劑(優選包括大於約25wt％和最高達約60wt％的填料)。它們也可以用於補劑，這包括通常為布置到鄰近於牙齒之後能聚合的填充組合物的複合材料(優選包括大於約10wt％的填料和最高達約85wt％的填料)，比如填充物。它們也可以用於修補物，在布置鄰近於牙齒以前，要成型和硬化用於最後的用途(例如作為牙冠，橋接體，鑲面，嵌體，填補物等等)。這樣的預成型品製品能被磨碎，或相反形成牙科醫生或者其它消費者定製的形狀。儘管所述可硬化的牙科組合物是任何各式各樣的材料，但優選所述組合物不是表面預處理的材料(例如蝕刻劑，底塗劑，粘合劑。更確切地講，優選所述可硬化的牙科組合物是補劑(例如複合材料，填充物，或者修補物)，接合劑，密封劑，塗層或者正牙粘合劑。
本發明的特徵和優點通過以下實施例進一步說明，所述的實施例決不意欲限制於此。在這些實施例中列舉的特定的材料和量及其它的條件和細節，不應該不適當地解釋為限制本發明。除非另有說明，所有的份和百分數基於重量基準，所有的水是去離子水，所有的分子量是重均分子量。
實施例試驗方法確定粒子大小的試驗方法通過粒度分析器測定平均粒度使用Coulter LS 230 Particle SizeAnalyzer(Coulter Corporation，Hialeah，FL)確定粒子大小(包括簇尺寸)分布(基於vol％)。所述分析器安裝有偏振強度差異掃描(PIDS)軟體。300mg樣品填料加入到含有足夠的MICRO-90表面活性劑(Cole-Parmer，Vernon Hills，NY)的小玻璃管中，以潤溼所有的填料。加入30ml等分試樣的Calgon溶液(通過徹底混合0.20g氟化鈉，4.00g焦磷酸鈉，40.00g六偏磷酸鈉，8.00g MICRO-90表面活性劑，和3948ml的去離子水得到)，得到的混合物振動15分鐘，並通過探針超聲發生器(Model W-225 sonicator，Heat Systems-Ultrasonics，Farmingdale，NY)以輸出控制旋鈕設置為9進行超聲處理6分鐘。使用Coulter LS 230顆粒表徵軟體版本3.01實施顆粒分析。試驗條件是動轉周期為90秒，等待周期為0秒，試驗樣品逐滴地加入到樣品開口，直到所述PIDS讀數在45％和55％之間。對每種試樣的三套數據進行平均得到平均粒度。
通過TEM(透射電子顯微術)測定平均粒度大約80納米厚的樣品置於200網目的具有碳穩定的FORMVAR底物的銅網上(SPI Supplies，adivision of Structure Probe，Inc.，West Chester，PA)。使用JEOL 200CX儀器(JEOL，Ltd.of Akishima，Japan，由JEOL USA，Inc.銷售)在200千伏下獲取透射式電子顯微鏡照相(TEM)。測量的粒子個數約為50-100粒子，確定平均粒度。
牙質粘著力的試驗方法牙質粘著力(DA)根據描述於US5,154,762(Mitra et al.)中的方法測定牙質粘著力，但是不進行任何的牙質預處理和使用20秒的光固化曝光時間。另外，樣品在37℃和90％相對溼度下的溼度試驗室中處理20分鐘，然後貯藏在37℃的去離子水中24小時。
牙釉質粘著力的試驗方法牙釉質粘著力(EA)根據描述於US5,154,762(Mitra et al.)中的方法測定牙釉質粘著力，但是具有與如上所述的測定牙質粘著力相同的固化時間和處理順序。
抗壓強度(CS)試驗方法通過首先將混合的糊劑-糊劑試樣注入具有4-毫米內徑的玻璃管中評價抗壓強度。玻璃杯管端部用聚矽氧烷塞子塞住。填充的管經受0.275兆帕(MPa)壓力5分鐘，用XL 1500固化光(3M公司)輻照60秒，放置在KULZER UniXS(KULZER，Inc.，Germany)光箱中90秒。五個這樣的固化樣品切割為8毫米的段，放置在37℃水中1天。根據ISO標準7489，使用以每分鐘1毫米的十字頭速度操作的INSTRON通用試驗儀(Instron Corp.，Canton，MA)確定抗壓強度。報導的結果為5次重複測量的平均值。
徑向的拉伸強度(DTS)試驗方法使用以上描述的CS方法測定徑向的拉伸強度，但是使用的樣品切割為2毫米的段。報導的結果為7次重複測量的平均值。
氟化物釋放(FR)試驗方法通過製備混合的糊劑-糊劑試樣，將它們放置在20-毫米直徑×1-毫米高的用兩個使用C夾具中壓下夾緊的塑料片封住的圓柱模中，進行活體外評價氟化物的釋放。用XL 1500固化光(3M公司)從每一側面光固化樣品60秒，然後貯藏在37℃，90％相對溼度的溼度試驗室中一小時。從室中移去樣品，每一樣品分別浸漬在37℃烘箱中含25ml去離子水的樣品小瓶中不同的時間。在每一測量間隔，從烘箱中移去樣品小瓶，從樣品小瓶中量出10ml水，與10ml的TISAB II的總離子強度調整緩衝液(Sigma Aldrich)結合。攪拌得到的溶液並使用氟化物離子選擇電極進行測量以確定使用平均三個樣品對於適當的測量周期，每克試驗樣品浸出的累計氟化物微克數。所述樣品小瓶再裝滿新鮮的去離子水，並放回所述烘箱直到下一個測量周期。
目視不透明度(MacBeth值)試驗方法通過使圓片型(1-毫米厚×15-毫米直徑)糊劑樣品，在間隔6毫米距離的圓片的每一側面上，接觸來自VISILUX2固化光(3M Co，St.Paul，MN)的光固化60秒。使用從MacBeth(MacBeth，Newburgh，NY)可得到的配備有可見光過濾器的MacBeth透射光密度計ModelTD-903，測量通過圓片厚度光的透射，測量硬化樣品的直射光透光度。較低的MacBeth值表明材料的目視不透明度較低和半透明性較大。報導的值是3次測量的平均值。
射線不透性試驗方法通過使圓片型材(1-毫米厚×15-毫米直徑)的糊劑試樣，在隔開6毫米距離的每一側面上，接觸來自VISILUX 2(3M公司)固化光的光固化60秒。然後照如下評價固化樣品的射線不透性。
對於射線不透性的評價，使用的方法遵循ISO試驗方法4049(1988)。特別地，固化複合試樣相隔約400毫米距離，接觸在7毫安70千伏峰值電壓下，使用Gendex GX-770牙科X-光(Milwaukee，WI)設備的輻照0.73秒。在照射期間將鋁步進式光楔安置於緊鄰X-光薄膜上的固化圓片。使用Air Techniques Peri-Pro自動膠片顯影衝洗機(Hicksville，NY)顯影X-光底片。使用Macbeth密度計，通過和鋁步進式光楔的光密度比較，確定樣品圓片的光密度。報導的光密度值(即，射線不透性)是3次測量的平均值。
光澤保持力試驗方法所述硬化樣品的光澤保持力通過以下方法測量。用VISILUX2設備(3M公司)固化長方形混合的糊劑-糊劑樣品(20-毫米長×9-毫米寬×3-毫米厚)60秒。所述光固化的樣品立即放置在37℃，90％相對溼度的溼度試驗室中1小時。樣品然後放置在37℃烘箱中的去離子水中24小時。用雙面膠帶(Scotch Brand Tape，Core series 2-1300，St.Paul，MN)將樣品固定到夾持器上，根據以下一系列如表1所示順序實施的步驟進行拋光。使用具有AUTOMET 2磨頭的Buehler ECOMET 4拋光器，在順時針方向旋轉情況下操作。
表1拋光步驟順序

使用微量三光澤度儀器(BYK Gardner，Columbia，MD)採集來自拋光之後和刷牙之後樣品表面的鏡面反射光的光電效應測量數據。所述方法描述於ASTM D523-89(1994修訂)的鏡面光澤度標準試驗方法，在60°幾何形狀上得到的測量數據遵循如下的改進。對於初始的樣品測量拋光(GI)之後的初始光澤度。(所述在60°幾何形狀拋光之後初始的光澤度值通常為80-86)。測量在2000次刷牙周期(GF)之後最後的光澤度。對於初始和最後的光澤度測量隨機選擇的長方形樣品上的區域。每一樣品用ORAL B 40中號直型牙刷(ORAL B Laboratories，Belmont，CA.)，使用CREST普通香味(Proctor Gamble，Cincinnati，OH)牙膏，對每一樣品一共刷2000個周期。一個操作員使用相當於刷牙強度的力量刷洗所有的樣品。每一個樣品用相同的牙刷刷洗。一個刷牙周期是向前和退回的動作。百分數光澤保持力報導為(GF)×100/(GI)，是3次重複的平均值。
三體磨耗試驗方法通過使用Davidson Wear Tester Model 2(ACTA，Amsterdam)設備，通過活體外的3-體磨耗試驗，確定固化的糊劑-糊劑試樣的磨損率。校準Davidson磨損試驗機以保證磨損痕跡垂直於輪面。未固化混合的糊劑-糊劑樣品(構成第一本體)裝填到在Davidson磨損試驗機47.75-毫米直徑磨耗輪上的10-毫米×4-毫米的槽中。使用VISILUX 2 CuringLight(3M Company)固化樣品60秒。所述固化樣品固定在其上的磨耗輪測量的直徑為50.80-53.34毫米。使用以900rpm轉動的Carter DiamondTool device(S-2192 SYN，Carter Diamond Tool Corp.，Willoughby，Ohio)，將在磨耗輪上的固化樣品加工光滑。將水注滿在輪上以控制粉塵，並消散在加工過程期間產生的熱。在加工期間將所述磨耗輪儘可能保持為潤溼。
第一本體磨耗輪的最高點直徑為48.26毫米±0.254到0.381毫米。在試驗期間，使第一本體接觸另外的作為相反尖端的輪(構成第二本體)。在接觸期間，兩個輪子浸於具有150克磨碎並過濾的鳥食(birdseed)(Wild Bird Mix，Greif Bros.Corporation，Rosemount，MN)，25克聚(甲基丙烯酸甲酯)(QuickMOUNT Powder Ingredient，FultonMetallurgical Products Corp.，Valencia，PA)和275ml水的漿料(構成第三本體)中。所述兩個輪子彼此相對反方向旋轉166,000個周期。用Perthometer PRK表面光度儀(Feinpruef Corp.，Charlotte，NC)沿著固化和加工的複合材料10-毫米的正面，每39,000個周期進行測量，測量在這些期間尺寸的損耗。用Wear Version 3 software(ACTA，Amsterdam)收集數據。使用線性回歸對數據作圖，通過計算直線斜率確定樣品的磨損率。每一個樣品的磨損率報導為每周期數單位長度的改變(例如，毫米/周期)，然後歸一化為選擇的Z250複合材料(3M公司)為標準材料的磨損率。因此，報導的耐磨性(三次重複測量的平均值)是無量綱值。
縮寫詞，描述，和材料源



原料製備預備的實施例1A矽烷處理的納米氧化鋯二氧化鋯溶膠(800.0g；184g二氧化鋯)和MEEAA(72.08g)加入到1升的圓底燒瓶中。通過旋轉蒸發除去水和酸提供粉末(291.36g)，所述的粉末進一步在強制熱空氣乾燥爐(90℃)中乾燥提供乾燥的粉末(282.49g)。加入去離子(DI)水(501.0g)再分散所述粉末。得到的分散體加入到2升燒杯中，隨後攪拌下加入1-甲氧基-2-丙醇(783g；Sigma-Aldrich)，SILQUEST A-174(83.7g)和SILQUEST A-1230(56.3g)。所述得到的混合物在室溫下攪拌30分鐘，然後分開到兩夸脫容器中密封。加熱所述容器到90℃保持4.0小時，通過旋轉蒸發濃縮內容物得到液態母料(621g)。
DI水(2400g)和濃氨/水(80.0g；29％NH3)加入到4升的燒杯中，隨後在約5分鐘之內加入液態母料得到白色沉澱。通過真空過濾回收沉澱並用去離子水洗滌。所述得到的溼濾餅分散在1-甲氧基-2-丙醇(661g)中提供包含15.33wt％二氧化鋯的分散體。所述矽烷處理的二氧化鋯填料命名為預備的實施例1A(填料I)。
上述的分散體(1183g)與樹脂A[HEMA(24.06g)和PEGDMA-400(39.59g)]結合在一起，通過旋轉蒸發除去水和醇提供透明的糊劑，所述的糊劑包含80wt％矽烷處理的納米氧化鋯填料。
預備的實施例1B矽烷處理的納米氧化鋯二氧化鋯粉末(50g)加入到具有螺旋蓋的一夸脫容器中。加入去離子(DI)水(67.2g)和1-甲氧基-2-丙醇(99.5g)分散所述粉末。SILQUESTA-174(10.23g)和SILQUEST A-1230(6.87g)加入到得到的分散體中，同時攪拌。所述得到的混合物在室溫下攪拌10分鐘，然後密封一夸脫的容器。所述容器加熱到90℃保持4小時。
去離子水(652g)和濃氨/水(21.9g；29％NH3)加入到2-升燒杯中，隨後在5分鐘之內加入所述液體分散體提供白色沉澱。通過真空過濾回收沉澱並用去離子水洗滌。所述得到的溼濾餅被放入託盤中，加熱到90℃保持4小時。壓碎得到的乾燥濾餅提供乾燥的納米氧化鋯粉末，命名為填料K。所述粉末可以直接分散進入本發明描述的不同組合物中的液體成分組分中。
預備的實施例2糊劑A組合物第一批九個糊劑組合物(用字母A命名為A1到A9)，通過結合在表2A和2B中列出的成分(以重量份表示)進行製備。填料I(納米氧化鋯)加入到所述組合物中作為糊劑，所述的糊劑由在樹脂A(HEMA和PEGDMA-400；見預備的實施例1A)中80％的納米氧化鋯組成，並在表中以乾燥重量基準報導。所述樹脂A組分作為HEMA和PEGDMA-400組分的一部分包含在表中。


預備的實施例3糊劑B組合物第二批九個糊劑組合物(用字母B命名為B1到B9)，通過結合在表3A和3B中列出的成分(以重量份表示)進行製備。


*含有KH2PO4(10.72wt％)和K2SO4(3.32wt％)的飽和鹽去離子水溶液。

實施例1-9和對比例1-2糊劑A-糊劑B組合物通過用等體積的第二糊劑抹刀塗抹第一糊劑25秒製備可硬化的組合物(實施例1-9和對比例1-2)。使用的糊劑的相對重量份，和組合物中組分的重量份提供於表4A和4B中。
根據本發明描述的試驗方法，評價可硬化的組合物的抗壓強度(DS)，徑向拉伸強度(DTS)，牙質粘著力(DA)，牙釉質粘著力(EA)，目視不透明度，射線不透性，氟化物釋放，光澤保持力和三體磨耗，所述結果報導在表5A和5B中。


*同樣，包含糊劑B4組分中含有的KH2PO4和K2SO4。




*NT＝沒有測量

表5B中的結果表明當組合物中納米填料的含量增加時，抗壓強度和光澤保持力增加。硬化的糊劑-糊劑組合物的半透明性(目視不透明度)隨著納米填料含量的增加同樣增加(例如實施例8和9)。
比較例3VITREMER玻璃離子聚合物補劑根據製造商的說明書，調配並手工混合工業用粉末-液體VITREMER樹脂改性的玻璃離子聚合物補劑產品(3M公司)，根據本發明描述的試驗方法，評價得到的材料的抗壓強度(DS)，徑向拉伸強度(DTS)，牙質粘著力(DA)，牙釉質粘著力(EA)，目視不透明度，射線不透性，氟化物釋放，光澤保持力和三體磨耗，結果報導在表6中。

權利要求
1.一種可硬化的牙科組合物，包括(a)多元酸；(b)酸反應性填料；(c)至少10wt％的納米填料或其組合物，每一種納米填料的平均粒度最多為200納米；和(d)水。
2.權利要求1的組合物，其中至少一種所述納米填料和酸反應性填料是相同的化合物。
3.權利要求1的組合物，其中所述組合物包括至少15wt％的所述納米填料或其組合物。
4.權利要求1的組合物，其中所述組合物包括至少20wt％的所述納米填料或其組合物。
5.權利要求1的組合物，其中所述納米填料或其組合物的平均粒度最多為100納米。
6.權利要求1的組合物，還包括可聚合的組份。
7.權利要求6的組合物，其中所述可聚合的組份包括烯鍵式不飽和化合物。
8.權利要求7的組合物，其中所述可聚合的組份包括具有酸官能團的烯鍵式不飽和化合物。
9.權利要求8的組合物，其中所述酸官能團包括碳、硫、磷或者硼的含氧酸。
10.權利要求8的組合物，其中所述多元酸和具有酸官能團的烯鍵式不飽和化合物是相同的。
11.權利要求1的組合物，其中所述多元酸包括具有多個酸性重複基團但是基本上沒有可聚合基團的聚合物。
12.權利要求11的組合物，還包括可聚合的組份。
13.權利要求1的組合物，其中所述多元酸包括具有多個酸性重複基團和多個可聚合基團的聚合物。
14.權利要求13的組合物，還包括可聚合的組份。
15.權利要求1的組合物，其中所述納米填料或其組合物基本上沒有煅制二氧化矽和熱解的填料。
16.權利要求1的組合物，其中所述酸反應性填料選自金屬氧化物，玻璃，金屬鹽及其組合。
17.權利要求16的組合物，其中所述酸反應性填料包括氟代矽鋁酸鹽(FAS)玻璃。
18.權利要求17的組合物，其中所述組合物包括小於50wt％的FAS玻璃。
19.權利要求17的組合物，其中所述組合物包括小於30wt％的FAS玻璃。
20.權利要求17的組合物，其中所述組合物包括小於20wt％的FAS玻璃。
21.權利要求16的組合物，其中所述酸反應性填料包括氟氧化物材料。
22.權利要求21的組合物，其中至少90wt％的氟氧化物材料是納米結構的。
23.權利要求1的組合物，其中至少一種所述納米填料是酸反應性的。
24.權利要求1的組合物，其中至少一種所述納米填料是非酸反應性的。
25.權利要求1的組合物，其中所述納米填料或其組合物包括選自矽石；二氧化鋯；鈦，鋁，鈰，錫，釔，鍶，鋇，鑭，鋅，鐿，鉍，鐵和銻的氧化物；及其組合。
26.權利要求1的組合物，其中所述納米填料或其組合物包括選自矽石；二氧化鋯；氧化鈦及其組合的粒子。
27.權利要求1的組合物，其中所述納米填料或其組合物包括納米簇。
28.權利要求1的組合物，其中所述納米填料或其組合物包括至少80wt％的納米簇。
29.權利要求27的組合物，其中所述納米簇選自矽石簇，矽石-二氧化鋯簇，及其組合。
30.權利要求27的組合物，其中所述納米簇包含反應性離子。
31.權利要求6的組合物，還包括氧化還原固化體系。
32.權利要求6的組合物，還包括光引發劑體系。
33.權利要求1的組合物，還包括至少一種添加劑，選自其它的填料，熱解的填料，氟化物源，增白劑，防齲劑，再礦化試劑，酶，呼吸清涼劑，麻藥，凝固試劑，酸中和劑，化學治療劑，免疫應答改性劑，藥劑，指示劑，染料，顏料，潤溼劑，酒石酸，螯合劑，表面活性劑，緩衝劑，粘度調節劑，觸變膠，多羥基化合物，殺菌劑，消炎試劑，抗真菌劑，穩定劑，治療口乾症的試劑，脫敏劑，及其組合。
34.權利要求1的所述組合物，其中至少一種納米填料的一部分表面經化學處理。
35.權利要求1的所述組合物，其中至少一種納米填料的一部分表面經矽烷處理。
36.權利要求6的組合物，其中所述組合物選自牙科補劑，牙科粘合劑，牙科接合劑，空腔襯裡材料，正牙粘合劑，牙科密封劑和牙科塗料。
37.權利要求1的組合物，其中所述組合物包括含第一部分和第二部分的多個部分組合物，其中每一部分獨立選自液體，糊劑，凝膠或者粉末。
38.權利要求37的組合物，其中所述多部分組合物選自糊劑-糊劑組合物，糊劑-液體組合物，糊劑-粉末組合物和粉末-液體組合物。
39.一種多部分可硬化的牙科組合物，包括(a)包括多元酸的第一部分；(b)包括酸反應性填料的第二部分；(c)至少10wt％的納米填料或其組合物，平均粒度至多為200納米，其中至少一種納米填料存在於第一部分中，第二部分或兩個部分中；和(d)水存在於第一部分，第二部分或兩個部分中。
40.權利要求39的組合物，其中第一部分包括糊劑。
41.權利要求39的組合物，其中第二部分包括糊劑。
42.權利要求39的組合物，其中第一部分和第二部分每一種包括糊劑。
43.一種可硬化的牙科組合物，包括(a)多元酸；(b)酸反應性填料；(c)納米填料或其組合物，和(d)水；其中所述組合物經硬化後的目視不透明度至多為約0.50。
44.權利要求43的組合物，其中所述組合物一經硬化具有至多約0.40的目視不透明度。
45.權利要求43的組合物，其中所述組合物一經硬化具有至多約0.30的目視不透明度。
46.權利要求43的組合物，其中至少一種所述納米填料和酸反應性填料是相同的化合物。
47.權利要求43的組合物，其中所述組合物包括至少15wt％的納米填料或其組合。
48.權利要求43的組合物，其中所述組合物包括至少20wt％的納米填料或其組合。
49.權利要求43的組合物，其中所述納米填料或其組合物的平均粒度最多為100納米。
50.權利要求43的組合物，還包括可聚合的組份。
51.權利要求50的組合物，其中所述可聚合的組份包括烯鍵式不飽和化合物。
52.權利要求51的組合物，其中所述可聚合的組份包括具有酸官能團的烯鍵式不飽和化合物。
53.權利要求52的組合物，其中所述酸官能團包括碳，硫，磷或者硼的含氧酸。
54.權利要求52的組合物，其中所述多元酸和具有酸官能團的烯鍵式不飽和化合物是相同的。
55.權利要求43的組合物，其中所述多元酸包括具有多個酸性重複基團但是基本上沒有可聚合基團的聚合物。
56.權利要求55的組合物，還包括可聚合的組份。
57.權利要求43的組合物，其中所述多元酸包括具有多個酸性重複基團和多個可聚合基團的聚合物。
58.權利要求57的組合物，還包括可聚合的組份。
59.權利要求43的組合物，其中所述納米填料基本上沒有煅制二氧化矽和熱解的填料。
60.權利要求43的組合物，其中所述酸反應性填料選自金屬氧化物，玻璃，金屬鹽及其組合。
61.權利要求60的組合物，其中所述酸反應性填料包括氟代矽鋁酸鹽(FAS)玻璃。
62.權利要求61的組合物，其中所述組合物包括小於50wt％的FAS玻璃。
63.權利要求61的組合物，其中所述組合物包括小於30wt％的FAS玻璃。
64.權利要求61的組合物，其中所述組合物包括小於20wt％的FAS玻璃。
65.權利要求60的組合物，其中所述酸反應性填料包括氟氧化物材料。
66.權利要求65的組合物，其中至少90wt％的氟氧化物材料是納米結構。
67.權利要求43的組合物，其中至少一種所述納米填料是酸反應性的。
68.權利要求43的組合物，其中至少一種所述納米填料是非酸反應性的。
69.權利要求43的組合物，其中所述納米填料或其組合物包括選自矽石；二氧化鋯；鈦，鋁，鈰，錫，釔，鍶，鋇，鑭，鋅，鐿，鉍，鐵和銻的氧化物；及其組合。
70.權利要求43的組合物，其中所述納米填料或其組合物包括選自矽石；二氧化鋯；氧化鈦及其組合的粒子。
71.權利要求43的組合物，其中所述納米填料包括納米簇。
72.權利要求43的組合物，其中所述納米填料包括至少80wt％的納米簇。
73.權利要求71的組合物，其中所述納米簇選自矽石簇，矽石-二氧化鋯簇，及其組合。
74.權利要求71的組合物，其中所述納米簇包含反應性離子。
75.權利要求50的組合物，還包括氧化還原固化體系。
76.權利要求50的組合物，還包括光引發劑體系。
77.權利要求43的組合物，還包括至少一種添加劑，選自其它的填料，熱解的填料，氟化物源，增白劑，防齲劑，再礦化試劑，酶，呼吸清涼劑，麻藥，凝固試劑，酸中和劑，化學治療劑，免疫應答改性劑，藥劑，指示劑，染料，顏料，酒石酸，潤溼劑，螯合劑，表面活性劑，緩衝劑，粘度調節劑，觸變膠，多羥基化合物，殺菌劑，消炎試劑，抗真菌劑，穩定劑，治療口乾症的試劑，脫敏劑，及其組合。
78.權利要求43的組合物，其中所述納米填料的一部分表面經化學處理。
79.權利要求43的組合物，其中所述納米填料的一部分表面經矽烷處理。
80.權利要求50的組合物，其中所述組合物選自牙科補劑，牙科粘合劑，牙科接合劑，空腔襯裡材料，正牙粘合劑，牙科密封劑和牙科塗料。
81.權利要求43的組合物，其中所述組合物包括含有第一部分和第二部分的多部分組分的組合物，其中每一部分獨立選自液體，糊劑，凝膠和粉末。
82.一種可硬化的牙科組合物，包括(a)多元酸；(b)酸反應性填料；(c)納米填料或其組合物；和(d)水；其中所述組合物經硬化後的光澤保持力至少為10％。
83.權利要求82的組合物，其中所述組合物經硬化後的光澤保持力至少為20％。
84.權利要求82的組合物，其中所述組合物經硬化後的光澤保持力至少為30％。
85.一種製備牙科製品的方法，所述的方法包括如下的步驟(a)提供權利要求1，43或82的牙科組合物；和(b)硬化牙科組合物以形成牙科製品。
86.權利要求85的組合物，其中所述牙科製品選自牙齒打磨器毛坯，牙冠，牙科填料，牙科修復和正牙器件。
全文摘要
本發明特徵在於含納米填料的離子聚合物組合物。所述組合物可用於牙科和正牙各種各樣的應用場合，例如作為粘合劑，接合劑，補劑，塗料和密封劑。
文檔編號A61K6/083GK1984631SQ200580023939
公開日2007年6月20日 申請日期2005年3月25日 優先權日2004年5月17日
發明者拉尼·S·坎加斯, 霍阿·T·布伊, 賈森·P·塔拉克, 布蘭特·U·科爾布, 喬爾·D·奧克斯曼, 傑奎琳·C·羅爾夫 申請人:3M創新有限公司