專利名稱：使用納米顆粒調節(jié)牙科組合物的折射率的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及填充有納米顆粒的可硬化牙科和正牙組合物，所述納米顆粒經(jīng)選擇以有效地匹配組合物中組分的折射率。更具體地說，本發(fā)明涉及含選擇的能提供組合物所需美觀性比如光學半透明性的納米顆粒的離聚物和樹脂改性的離聚物組合物。所述組合物可用于各種應用場合，例如作為粘合劑，粘固粉，補劑，涂料和密封劑。
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依次施加牙科粘合劑，然后施加牙科材料(例如補劑材料)實現(xiàn)。類似的組合物用于將正牙器械(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酸或者有機酸蝕洗，隨后涂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，粘固粉和補劑。包括氟代硅酸鋁玻璃填料的組合物(又名玻璃離聚物或者“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范圍，比如齲齒損壞的填充和修補；例如牙冠，嵌體，牙橋或者正牙帶環(huán)的粘固；空腔加襯；核心構造；紋孔和裂縫的密封。
目前有兩類重要的玻璃離聚物。第一類別，被稱為常規(guī)的玻璃離聚物，通常包含作為主成分的α，β-不飽和羧酸的均聚物或者共聚物，氟代硅酸鋁(“FAS”)玻璃，水，和任選的螯合劑比如酒石酸。這些常規(guī)的玻璃離聚物通常以粉末/液體制劑提供，在臨近使用前進行混合。由于在聚羧酸的酸性重復單元和從堿性玻璃中浸出的陽離子之間的離子酸堿反應，所述混合物在黑暗中經(jīng)歷自硬化。
第二類重要的玻璃離聚物被稱為混合型玻璃離聚物或者樹脂改性的玻璃離聚物(“RMGI”)。如常規(guī)的玻璃離聚物，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，F(xiàn)AS玻璃，和水；然而，RMGI有機部分是不同的。在一種類型的RMGI中，所述聚酸進行改性以用可固化側基取代或端封一些酸性重復單元，并加入光引發(fā)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作可固化側基。在另外類型的RMGI中，所述組合物包括聚羧酸，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(fā)劑。所述聚酸可以任選進行改性以用可固化側基取代或者端封一些酸性重復單元。除光引發(fā)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(fā)劑體系。RMGI組合物通常作為粉末/液體或者糊劑/糊劑體系配制，而且當混合和施加時包含水。由于所述聚羧酸的酸性重復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，粘固粉一經(jīng)接觸來自牙科固化燈的光線，商業(yè)RMGI產品通常就發(fā)生固化。
玻璃離聚物組合物可提供許多重要的優(yōu)點。例如，從玻璃離聚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粘固粉，復合聚合物〔compomer〕粘固粉，或者氟化復合材料釋放的氟化物更高，因此，玻璃離聚物被認為可提供增強的止齲防護。玻璃離聚物材料的另一個優(yōu)點是該粘固粉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(guī)的玻璃離聚物不需要外部固化引發(fā)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(guī)的玻璃離聚物的缺點之一是當手工混合時，這些組合物有些技術敏感性。它們通常從粉末組分和液體組分制備，因此需要在施加前進行稱重和混合操作。這樣操作的準確度部分取決于操作員的熟練和能力。當手工混合時，所述粉末組分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，需要技巧性的技術以使所述材料完全顯示出希望的特性(即，所述粘固粉性能取決于混合比率和混合的方式和充分性)。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膠囊配方體系可改進一些不方便之處和技術敏感性。盡管膠囊提供適當比例的粉末和液體組分，但它們仍需要膠囊活化步驟以使兩種組分結合，隨后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(guī)的玻璃離聚物也可以是十分脆性的。因此，從常規(guī)的玻璃離聚物進行的修補在負荷指示法中往往更傾向于斷裂。另外，玻璃離聚物通常特征在于高的目視不透明度(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(guī)的玻璃離聚物更少傾向于機械斷裂，通常需要底涂劑或者調理劑實現(xiàn)足夠的牙齒粘著力。

發(fā)明內容
由于在酸反應性玻璃填料和玻璃離聚物基質之間的折射率高度不匹配，在使用常規(guī)的玻璃離聚物材料中最顯著的缺點之一是缺乏美觀性。折射率的不匹配導致光在不同相之間的界面處的散射。通過使用分散在水中/聚酸溶液中的包括納米顆粒的填料，比如金屬氧化物納米填料，能增加液相的折射率。這導致基質的折射率與酸反應性填料折射率最佳的匹配，從而導致更加光學透明或半透明的材料。這又導致能夠提供折射率匹配或美觀的玻璃離聚物材料。
本發(fā)明提供含納米填料的穩(wěn)定的離聚物組合物，所述納米填料可為組合物提供增強的光學半透明性。在一個實施方式中，本發(fā)明的特征在于包括聚酸，酸反應性填料，納米填料；任選的可聚合組分；和水的可硬化的牙科組合物。所述聚酸，納米填料，水和任選的可聚合組分的組合混合物通常在酸反應性填料折射率的4％之內，典型的在3％之內，更典型的在1％之內，和更典型的在0.5％之內。所述組合混合物的折射率可以在硬化狀態(tài)或未硬化狀態(tài)下測量。
通常，所述可聚合的組分是烯鍵式不飽和化合物，任選含有酸官能度。所述組合物的聚酸組分通常包括具有多個酸性重復基團的聚合物。所述聚合物可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。
在一個實施方式中，所述酸反應性填料選自金屬氧化物，玻璃，金屬鹽及其組合。通常，所述酸反應性填料包括FAS玻璃。
在本發(fā)明的另一個實施方式中，所述酸反應性填料包括氟氧化物材料，它通常是納米結構的，例如以納米顆粒的形式提供。通常，所述酸反應性氟氧化物材料是非熔融的，包括至少一種三價金屬(例如鋁，鑭等等)，氧，氟，和至少一種堿土金屬(例如鍶，鈣，鋇等等)。所述氟氧化物材料可以是顆粒或者納米顆粒比如金屬氧化物顆粒(例如二氧化硅)上的涂層的形式。
本發(fā)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，抗齲劑(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，化療劑，免疫反應調節(jié)劑，藥劑，指示劑，染料，顏料，潤濕劑，酒石酸，螯合劑，表面活性劑，緩沖劑，粘度調節(jié)劑，觸變膠，多元醇，殺菌劑，消炎試劑，抗真菌劑，穩(wěn)定劑，治療口干癥的試劑，脫敏劑及其組合。
本發(fā)明的組合物可以另外包括光引發(fā)劑體系和/或氧化還原固化體系。
另外，所述組合物可以多部分體系的形式提供，其中不同的組分被分成兩個或更多個獨立的部分。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。
本發(fā)明的特征之一是可提供光學半透明的離聚物組合物，同時可能比常規(guī)的玻璃離聚物使用減少量的酸反應性填料。典型的，在兩部分組合物包含粉末和液體時，本發(fā)明組合物包括小于85wt％的酸反應性填料。對于制備兩部分糊劑-糊劑組合物，包括小于75％，更典型的小于50％的酸反應性填料的組合物是優(yōu)選的，所述的糊劑-糊劑組合物通常是希望的，因為與例如粉末-液體體系相比，這樣的體系容易混合和分配。
本發(fā)明的組合物可用于各種牙科和正牙應用中，包括用于牙科補劑，牙科粘合劑，牙科粘固粉，空腔襯里材料，正牙粘合劑，牙科密封劑和牙科涂料中。所述組合物通過硬化形成例如牙科打磨坯料，牙冠，牙科填料，牙科修補物，和正牙器件可用來制備牙科制品。
本發(fā)明的離聚物組合物通常顯示良好的美觀性，低目視不透明度(一經(jīng)硬化通常至多約0.50，通過本發(fā)明描述的目視不透明度(MacBeth值)試驗方法確定)，射線不透性，耐用性，改善的光澤，光澤保持力，良好的耐磨性，良好的物理性質，包括機械強度，例如抗彎強度，徑向強度，抗拉強度和抗壓強度，以及與牙齒結構的良好的粘合強度。另外，所述組合物也可以提供與牙質和牙釉質的粘著，而不需要底涂劑，浸蝕劑或者預調節(jié)劑。
本發(fā)明其它的特征和優(yōu)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(lián)，輻射引發(fā)的聚合或者交聯(lián)等，可以固化或者固結。
就“填料”來說意思是適合用于口腔環(huán)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顆粒尺寸最多為100納米的填料。所述納米填料組分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顆粒或納米簇。
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100納米的材料(例如納米尺寸的顆粒)。因此，納米結構材料指包括例如本發(fā)明以下定義的納米顆粒的材料；納米顆粒的聚集體；顆粒上涂敷的材料，其中所述涂料的平均厚度最多為100納米；顆粒聚集體上涂敷的材料，其中所述涂料的平均厚度最多為100納米；多孔結構中滲入的平均孔徑最多為100納米的材料；及其組合。多孔結構包括例如多孔顆粒，多孔的顆粒聚集體，多孔涂料及其組合。
如本發(fā)明使用的“納米顆?！迸c“納米尺寸顆?！蓖x使用，指平均尺寸最多為100納米的顆粒。如本發(fā)明使用的球狀顆粒，“尺寸”指顆粒的直徑。如本發(fā)明使用的非球狀顆粒，“尺寸”指所述顆粒的最長尺寸。
就“納米簇”來說意思是通過相對弱的可使納米顆粒一起結塊即聚集的分子間力，由納米顆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“含有酸官能度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，?；u和焦磷酸酯。
就“牙科組合物和牙科制品”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，托架，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(fā)明提供離聚物組合物和制造用于牙科修補中的美觀性離聚物材料的方法。所述離聚物組合物典型包括包含聚酸的液相和包含酸反應性填料的固相。本發(fā)明利用選擇的包括特定納米顆粒，典型的金屬氧化物納米顆粒的納米填料，增加納米填料分散進入并被其穩(wěn)定的液相的折射率。這進而又可使所述離聚物材料的通常是含水的液相的折射率與酸反應性填料相匹配，導致更加光學透明或半透明的材料。所述液相通常包括水，聚酸，任選的可聚合組分，任選另外的添加劑(例如酒石酸，用于調整反應速率)，和折射率高于不含納米填料的液相的折射率的納米填料。該液相然后與酸反應性填料混合，并反應規(guī)定的時間以形成硬化的離聚物材料。通過在組合物中包括納米填料，使得聚酸，納米填料，水和任選的可聚合組分的組合混合物的折射率在酸反應性填料的約3-4％范圍之內，從而提供組合物改進的特性，包括與已知離聚物組合物相比增強的美觀性(例如，低目視不透明度，高度光學半透明性)。
所述聚酸，納米填料，水和任選的可聚合組分組合混合物的折射率可以在未硬化狀態(tài)或硬化狀態(tài)下進行測量。所述未硬化狀態(tài)的混合物的折射率可以與硬化狀態(tài)的折射率相同，但是也可以不同。如果所述折射率在硬化之后發(fā)生變化，通常在硬化之后的折射率將與酸反應性填料的折射率匹配。折射率匹配的目的是得到硬化組合物的最佳的目視不透明度(最好的清晰度)。所述組合混合物的硬化由本領域普通技術人員熟知的技術實現(xiàn)，例如通過作為獨立的未分散相加入酸反應性填料；如果存在可光聚合組分則光固化；如果存在可自由基聚合組分則加入氧化還原體系。
可聚合組分如上所述，本發(fā)明的可硬化的牙科組合物任選包括可聚合組分。所述可聚合組分可以任選是有或者沒有酸官能度的烯鍵式不飽和化合物。
本發(fā)明的可聚合組分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(wǎng)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，環(huán)氧官能材料，乙烯基官能材料，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制成。
在特定實施方式中，其中在本發(fā)明申請中公開的牙科組合物是牙科復合材料，適于使用的可聚合的材料包括具有足夠強度，水解穩(wěn)定性和無毒性的可硬化的有機材料，使它們適于在口腔的環(huán)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?；惽桦逅狨?，環(huán)氧化合物，和其混合物，和其衍生物。
一類優(yōu)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，用于本發(fā)明適當?shù)目删酆辖M分包含至少一個烯鍵式不飽和鍵，并能夠進行加成聚合反應。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(huán)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-丙烯酰氧基)]-p-乙氧基苯基二甲基甲烷，雙[1-(3-丙烯酰氧基-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)丙烯酰胺(即，丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺)，比如(甲基)丙烯酰胺，亞甲基雙(甲基)丙烯酰胺，和雙丙酮(甲基)丙烯酰胺；聚氨酯(甲基)丙烯酸酯；雙(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯(選分子量為200-500)；丙烯酸酯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；和乙烯基化合物，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?shù)目勺杂苫酆系幕衔锇ㄈ绻_在例如WO-00/38619(Guggenberger et al.)，WO-01/92271(Weinmann etal.)，WO-01/07444(Guggenberger et al.)，WO-0042092(Guggenberger etal.)中的硅氧烷官能的(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可自由基聚合的化合物的混合物。
所述可聚合的組分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-甲基丙烯酰氧丙氧基)苯基]丙烷(bisGMA)。適當?shù)南╂I式不飽和化合物可以多種商業(yè)渠道獲得，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。
含有酸官能度的可聚合組分如果存在，所述可聚合組分任選包括含有酸官能度的烯鍵式不飽和化合物。優(yōu)選，所述酸官能度包括碳，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于US4,872,936(Engelbrecht)和5,130,347(Mitra)?？梢允褂冒ㄏ╂I式不飽和和酸性部分的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。
另外的含有酸官能度的烯鍵式不飽和化合物包括例如，公開在U.S.S.N.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甲基丙烯酸酯側基，從而得到含有甲基丙烯酸酯側基的丙烯酸∶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EP1,051,961(Kuraray Co.，Ltd.)中的那些。
當存在含有酸官能度的烯鍵式不飽和化合物時，本發(fā)明的組合物基于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％的含有酸官能度的烯鍵式不飽和化合物。典型的，本發(fā)明組合物基于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％含有酸官能度的烯鍵式不飽和化合物。
通過酸活性填料/聚酸的反應(即，酸/堿反應)實現(xiàn)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(jīng)用光化輻射照射就引發(fā)所述組合物聚合(或者硬化)的光引發(fā)劑體系。這樣的可光聚合的組合物可以是可自由基聚合的。
自由基引發(fā)體系對于自由基聚合(例如硬化)，引發(fā)體系可以選自通過輻射，熱，或者氧化還原/自動固化化學反應引發(fā)聚合的體系。一類能夠引發(fā)自由基活性官能團聚合的引發(fā)劑包括生成自由基的光引發(fā)劑，任選結合有光敏劑或者促進劑。這樣的引發(fā)劑典型地能夠一經(jīng)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?shù)挠糜谧杂苫晒饩酆辖M合物進行聚合的光引發(fā)劑(即，包括一種或多種化合物的光引發(fā)劑體系)包括二元的和三元體系。典型的三元光引發(fā)劑包括如描述于US 5,545,676(Palazzotto et al.)中的碘鎓鹽，光敏劑和電子供體化合物。優(yōu)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，二苯基碘鎓四氟化碳，和甲苯基異丙苯基碘鎓四(五氟苯基)硼酸酯。優(yōu)選的光敏劑是可吸收約400納米-520納米(優(yōu)選，450納米-500納米)范圍一些光的單酮和二酮。更優(yōu)選化合物是可吸收400納米-520納米(更優(yōu)選，450-500納米)范圍一些光的α-二酮。優(yōu)選的化合物是樟腦醌，二苯乙二酮，糠偶酰，3，3，6，6-四甲基環(huán)己二酮，菲酯，1-苯基-1，2-丙二酮，及其他1-芳基-2-烷基-1，2-乙二酮，和環(huán)狀的α-二酮。最優(yōu)選的是樟腦醌。優(yōu)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?shù)目捎糜诠饩酆详栯x子可聚合樹脂的三元光引發(fā)劑體系例如描述在US2003/0166737(Dede et al.)中。
其它適當?shù)挠糜诰酆献杂苫晒饩酆辖M合物的光引發(fā)劑典型地包括具有380納米-1200納米官能波長范圍的氧化膦類。優(yōu)選的官能波長范圍為380納米-450納米的氧化膦自由基引發(fā)劑是?；碗p酰基氧化膦，比如描述于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.)，6,251,963(Kohler et al.)；和EP Application 0173 567 A2(Ying)中的那些。
商業(yè)可獲得的當在大于380納米-450納米波長范圍輻照時，能夠實現(xiàn)自由基引發(fā)的氧化膦光引發(fā)劑例如包括雙(2，4，6-三甲基苯甲?；?苯基氧化物，以商品名IRGACURE 819從Ciba Specialty Chemicals，Tarrytown，NY得到；雙(2，6-二甲氧基苯甲?；?-(2，4，4-三甲基戊基)氧化膦，以商品名CGI 403從Ciba Specialty Chemicals得到；雙(2，6-二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦和2-羥基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮的25∶75按重量的混合物，以商品名IRGACURE 1700從CibaSpecialty Chemicals得到；雙(2，4，6-三甲基苯甲酰基)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2，4，6-三甲基芐基苯基亞膦酸酯，以商品名LUCIRIN LR8893X從BASF Corp.，Charlotte，NC得到。
典型的，氧化膦引發(fā)劑以催化有效量存在于可光聚合組合物中，比如基于組合物總重量為0.1wt％-5wt％。
叔胺還原劑可以與?；趸⒁黄鹗褂?。用于本發(fā)明的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-甲基丙烯酸二甲氨基乙酯。如果存在，所述可光聚合組合物中所述胺還原劑的含量基于組合物總重量為0.1wt％-5wt％。其它引發(fā)劑的有用的量是本領域普通技術人員所熟知的。
另外可用于本發(fā)明牙科材料中的另外的自由基引發(fā)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(fā)劑類。硼酸鹽光引發(fā)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(fā)明的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組分(例如，烯鍵式不飽和可聚合的組分)和包括氧化劑和還原劑的氧化還原試劑。適當?shù)挠糜诒景l(fā)明的可聚合組分和氧化還原試劑描述于US No.2003/0166740(Mitra et al.)和US No.2003/0195273(Mitra et al.)中。
所述還原劑和氧化劑應該彼此起反應，或彼此協(xié)同作用，產生能夠引發(fā)樹脂體系(例如烯鍵式不飽和組分)聚合的自由基。這類固化是暗反應，亦即，它不取決于光的存在，可以在沒有光的情況下進行。所述還原劑和氧化劑優(yōu)選具有足夠的儲存穩(wěn)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(yōu)選水可溶)，以使可聚合的組合物在其它的組分中容易溶解(并阻止與其分離)。
有用的還原劑例如包括抗壞血酸，抗壞血酸衍生物，和金屬絡合物抗壞血酸化合物，如描述于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。其它的二級還原劑可以包括鈷(II)氯化物，氯化亞鐵，硫酸亞鐵，肼，羥胺(取決于選擇的氧化劑)，連二亞硫酸或者亞硫酸陰離子的鹽，及其組合。優(yōu)選，所述還原劑是胺。
適當?shù)难趸瘎┦潜绢I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酰，氫過氧化物比如枯基過氧氫，叔丁基氫過氧化物，和戊基氫過氧化物，及過渡金屬鹽比如氯化鈷(III)和氯化鐵，硫酸鈰(IV)，過硼酸和其鹽，高錳酸和其鹽，過二磷酸和其鹽，及其組合。
可能希望使用多于一種氧化劑或者多于一種還原劑。也可以加入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(yōu)選包括二級離子的鹽以提高可硬化組合物的穩(wěn)定性，如在US No.2003/0195273(Mitra et al.)中的描述。
含有的還原劑和氧化劑的量足夠實現(xiàn)相當?shù)淖杂苫磻俾省＿@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(yōu)選，所述還原劑的含量基于可硬化的組合物組分的總重量(包括水)為至少0.01wt％，更優(yōu)選至少為0.10wt％。優(yōu)選，所述還原劑含量基于所述可聚合的組合物所述組分總重量不大于10wt％，更優(yōu)選不大于5wt％。
優(yōu)選，所述氧化劑的含量基于可聚合的組合物組分的總重量(包括水)為至少0.01wt％，更優(yōu)選至少為0.10wt％。優(yōu)選，所述氧化劑含量基于所述可硬化的組合物所述組分總重量不大于10wt％，更優(yōu)選不大于5wt％。
所述還原劑或者氧化劑可以是微囊密封的，如在US 5,154,762(Mitra et al.)中的描述。這通常會提高可聚合的組合物的儲存穩(wěn)定性，如有必要，可以將還原劑和氧化劑包裝在一起。例如，通過選擇適當?shù)拿芊鈩?，所述氧化劑和還原劑可以與酸官能組分和任選填料結合，保持在儲藏穩(wěn)定的狀態(tài)。同樣，通過選擇適當?shù)牟蝗苡谒拿芊鈩?，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(wěn)定的狀態(tài)。
在另外的替代方案中，可以使用熱引發(fā)自由基活性基團的硬化或者聚合。適于本發(fā)明牙科材料的熱源的例子包括電感的，對流的和發(fā)光的熱源。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。該方法對于在口腔環(huán)境外引發(fā)材料聚合是優(yōu)選的。
另一供選擇類別的能夠引發(fā)可硬化的樹脂中自由基活性官能團聚合的引發(fā)劑是，包括產生自由基熱引發(fā)劑的那些。例子包括過氧化物(例如，過氧化苯甲酰和月桂基過氧化物)和偶氮化合物(例如，2，2-偶氮二異丁腈(AIBN))。
公開在本發(fā)明中的牙科組合物中的光引發(fā)劑化合物優(yōu)選以有效量提供以引發(fā)或者提高樹脂體系固化或者硬化速率。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制備。如果希望，當制備該混合物時，可以使用適當?shù)亩栊匀軇？梢允褂门c本發(fā)明的組合物的組分沒有明顯反應的任何溶劑。適當?shù)娜軇├永绨ū?，二氯甲烷和乙腈?br> 聚酸本發(fā)明的組合物包括至少一種聚酸，它可以是不能固化或者不能聚合的聚酸，或者可固化或者可聚合的聚酸(例如樹脂改性的聚酸)。典型的，所述聚酸是具有多個酸性重復單元和多個可聚合基團的聚合物。在可替換的實施方式中，所述聚酸基本上沒有可聚合基團。所述聚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，因此當與其它的水性組分混合時它不產生大量的沉積。適當?shù)木鬯嵩赨S4,209,434(Wilson et al.)中的第二欄第62行到第3欄第6行中列出。所述聚酸應該具有足夠的分子量以提供良好的儲藏，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標準聚苯乙烯評價。
在一個實施方式中，所述聚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?shù)南╂I式不飽和聚酸描述于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(jié)酸基和烯鍵式不飽和基團的數(shù)量以在牙科組合物中提供適當?shù)钠胶馓匦?。?yōu)選的是其中10％-70％的酸基被烯鍵式不飽和基團取代的聚酸。
在其它的實施方式中，所述聚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。這樣的聚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制備聚鏈烯酸，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，烏頭酸，檸康酸，中康酸，富馬酸和惕各酸?？梢耘c所述不飽和脂族羧酸共聚的適當?shù)膯误w例如包括不飽和脂肪族化合物，比如丙烯酰胺，丙烯腈，氯乙烯，烯丙基氯，醋酸乙烯酯和2-甲基丙烯酸羥乙酯。如果希望，可以使用三元共聚物和更多元的聚合物。特別優(yōu)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。
聚酸的量應該足夠與酸反應性填料起反應并提供具有希望硬化特性的離聚物組合物。典型的，所述聚酸基于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，所述聚酸基于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?shù)乃岱磻蕴盍习ń饘傺趸?，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，和氟代硅酸鋁(“FAS”)玻璃。FAS玻璃是特別優(yōu)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玻璃制造工業(yè)領域中普通技術人員熟知的技術進行制造。所述FAS玻璃典型的為顆粒形式，所述的顆粒被充分地細碎，因此它們能方便地與其它的粘固粉組分混合，當所述得到的混合物用于口腔中時表現(xiàn)良好。
通常，F(xiàn)AS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于約12微米，典型的不大于10微米，和更典型的不大于約5微米。適當?shù)腇AS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(yè)源獲得，目前可得到的許多是玻璃離聚物粘固粉，比如以商品名VITREMER，VITREBOND，RELY X LUTING CEMENT，RELY X LUTING PLUS CEMENT，PHOTAC-FIL QUICK，KETACMOLAR and KETAC-FIL PLUS(3M ESPE Dental Products，St.Paul，MN)，F(xiàn)UJI II LC和FUJI IX(G-C Dental Industrial Corp.，Tokyo，Japan)和CHEMFIL Superior(Dentsply International，York，PA)商業(yè)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(jīng)表面處理。適當?shù)谋砻嫣幚戆ǖ遣痪窒抻谒嵯?例如，用磷酸處理)，用磷酸鹽處理，用螯合劑比如酒石酸處理，和用硅烷或者酸性或者堿性的硅醇溶液處理。希望調節(jié)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(wěn)定性。
在另外的實施方式中，所述酸反應性填料包括非熔融的氟氧化物材料。所述氟氧化物材料可以包括三價金屬，氧，氟和堿土金屬。優(yōu)選，所述三價金屬是鋁，鑭或者其組合。更優(yōu)選，所述三價金屬是鋁。優(yōu)選，所述堿土金屬是鍶，鈣，鋇或者其組合。在本發(fā)明的一些實施方式中，所述氟氧化物材料可以另外包括硅和/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(fā)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。這樣的納米結構材料包括例如形式為納米顆粒，顆粒上的涂層，顆粒聚集體上的涂層，疏松結構中的滲入物及其組合的氟氧化物材料。優(yōu)選至少90wt％，更優(yōu)選至少95wt％，最優(yōu)選至少98wt％的氟氧化物材料是納米結構。
在2004年5月17日申請的美國專利申請，名稱為“Acid ReactiveDental Fillers，Compositions，and Methods”(代理人卷號58618US002)中描述了適當?shù)姆趸锊牧虾退鼈冊谘揽平M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的混合和處理性能，硬化之后具有良好的物理和光學性質的離聚物組合物。通常，所述反應性填料代表所述組合物總重量的小于約85％。典型的，基于所述組合物總重量，所述酸反應性填料代表至少10wt％，和更典型的至少20wt％。典型的，基于所述組合物總重量，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(fā)明的離聚物組合物可與一種或多種賦予組合物希望美觀性(例如高度光學半透明性)的納米填料配制。適當?shù)募{米填料可以是酸反應性或非酸反應性的，可以包括但是不局限于二氧化硅；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。更典型的納米填料可以包括氧化鋯(ZrO2)；鈦的氧化物(例如TiO2)，和鐿的氧化物(例如Y2O3)；及其他的具有高折射率的金屬氧化物。如本發(fā)明使用，“高折射率”意思是折射率通常至少為1.5，更通常至少為2.0。二氧化鈦和氧化鋯是特別有用的納米填料，因為它們具有非常高的折射率，而且與較低折射率的材料相比需要較少分量的材料以使折射率適當匹配。
選擇納米填料以使所述聚酸，納米填料，水和任選的可聚合組分的組合混合物的折射率通常在酸反應性填料折射率的4％之內，典型的在3％之內，更典型的在1％之內，和更典型的在0.5％之內。
所述納米填料通常的平均粒度最多為100納米，更通常最多為50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，并且甚至更通常至少為10納米。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。在其它的實施方式中，所述納米填料的形式為納米顆粒和納米簇的組合形式。通常，所述納米填料的一部分表面進行硅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?shù)募{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 et al.)，WO 01/30307(Zhang et al.)和WO 03/063804(Wu etal.)中。描述于這些參考文獻中的填料組分包括納米尺寸的二氧化硅顆粒，納米尺寸的金屬氧化物顆粒及其組合。
通常，本發(fā)明的納米填料是非熱解的填料，然而熱解的填料可作為任選的添加劑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的非熔融氟氧化物材料可以用作本發(fā)明的納米填料。
納米填料的量應該足夠提供離聚物組合物在硬化以前具有希望的混合和處理性能，在硬化之后具有良好的物理和光學性質。典型的，基于所述組合物總重量，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，基于所述組合物總重量，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％。
其它填料除所述酸反應性填料和所述納米填料組分之外，本發(fā)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于牙科和/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。也可以是在所述組合物的樹脂組分中不溶解的交聯(lián)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于口腔中。所述填料可以是輻射透不過的或者射線可透過的。所述填料典型的基本上不溶于水。
適合的無機填料例子是天然或者合成材料，包括然而并非限于石英；氮化物(例如，氮化硅)；來源于例如Zr，Sr，Ce，Sb，Sn，Ba，Zn和Al的玻璃；長石；硼硅玻璃；高嶺土；滑石；二氧化鈦；低莫氏硬度的填料，比如描述于US4,695,251(Randklev)中的那些；和二氧化硅顆粒(例如，亞微細粒熱解二氧化硅，比如以商品名AEROSIL，包括“OX 50”，“130”，“150”和“200”二氧化硅，得自Degussa AG，Hanau，Germany的那些，和得自Cabot Corp.，Tuscola，IL CAB-O-SIL M5的二氧化硅)。適合的有機填料顆粒的例子包括填充的或者未填充的研磨的聚碳酸酯，聚環(huán)氧化物等等。
適當?shù)姆撬岱磻蕴盍项w粒是石英，亞微細粒二氧化硅，和描述于US4,503169(Randklev)中的非玻璃質的微顆粒類。同樣考慮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制造的組合填料。
所述填料顆粒的表面也可以用偶聯(lián)劑處理以增強所述填料和樹脂之間的結合。使用適當?shù)呐悸?lián)劑包括γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，γ-巰基丙基三乙氧基硅烷，γ-氨基丙基三甲氧基硅烷等等。有用的硅烷偶聯(lián)劑的例子是從Crompton Corporation，Naugatuck，CT，以SILQUEST A-174和SILQUEST A-1230得到的那些。
對于本發(fā)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，基于組合物總重量，可以包括至少1wt％，更優(yōu)選至少2wt％，最優(yōu)選至少5wt％的其它填料。對于該實施方式，本發(fā)明的組合物，基于組合物總重量，優(yōu)選包括最多40wt％，更優(yōu)選最多20wt％，最優(yōu)選最多15wt％的其它填料。
水本發(fā)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?shù)奶幚砗突旌咸匦裕⑹闺x子特別在填料-酸反應中傳輸。優(yōu)選，水代表用于形成所述組合物的成分總重量的至少2wt％，更優(yōu)選至少5wt％。優(yōu)選，水代表用于形成所述組合物的成分總重量的不大于90wt％，更優(yōu)選不大于80wt％。
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。如果希望，本發(fā)明可硬化的組合物可以包含添加劑，比如指示劑，染料，顏料，抑止劑，促進劑，粘度調節(jié)劑，潤濕劑，酒石酸，螯合劑，表面活性劑，緩沖劑，穩(wěn)定劑，及其他類似的對于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于通常用于牙科組合物中類型的氟化物源，增白劑，抗齲劑(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，化療劑，免疫反應調節(jié)劑，觸變膠，多元醇，消炎試劑，殺菌劑，抗真菌劑，治療口干癥的試劑，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(xiàn)希望的結果。
組合物的制備和用途本發(fā)明可硬化的牙科組合物通過使用常規(guī)的混合技術結合所有不同的組分而制備。正如以上討論的，所述組合物可以通過酸反應性填料和聚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組分和光引發(fā)劑，可以通過光引發(fā)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(fā)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。另外，所述可硬化的組合物可以包含不同的引發(fā)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，以及可離子硬化的組合物。
匹配折射率的體系也可以用于配制牙科組合物，比如描述于都于2004年5月17日提出申請的US專利申請名稱為“Dental CompositionsContaining Nanofillers and Related methods”(代理人案卷號編號59610US002)和US專利申請名稱為“Dental Compositions ContainingNanozirconia Fillers”(代理人案卷號編號59609US002)中的那些。
本發(fā)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。所述組合物的各種組分可以任何希望方式分為獨立的部分；然而，聚酸，酸反應性填料和水通常不全部都存在于相同的部分中，盡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分一起成為相同的部分。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膠囊保持隔離，那么所述還原劑和氧化劑可以在體系相同的部分中結合。
在一些實施方式中，本發(fā)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位于第一筒體中，部分B位于第二筒體中。在其它的實施方式中，本發(fā)明兩部分的牙科組合物能以單位劑量膠囊提供。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(tài)混合器混合在一起。
可硬化的組合物的組分能包含在試劑盒中，其中包裝組合物中的物質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(guī)方法混合所述可硬化的組合物的組分并臨床應用。通常需要固化光來引發(fā)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復合材料或者補劑。任選，在牙齒組織上使用表面調理劑或者底涂劑層，在所述的調理劑或者底涂劑層上使用可硬化的組合物。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(fā)明的一些實施方式可以提供玻璃離聚物粘固粉或者粘合劑，它們能在不應用光或者其它外部固化能量的情況下而大量固化，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用于止齲效果。
本發(fā)明可硬化的牙科組合物可進行特別適當?shù)馗脑煊糜诟鞣N牙科材料。它們可用于通常為填充組合物的牙齒修復粘固粉(優(yōu)選包括大于約25wt％填料，最高達約60wt％的填料)。它們也可以用于補劑，這包括通常為布置到鄰近于牙齒之后硬化或聚合的填充組合物的復合材料(優(yōu)選包括大于約10wt％的填料和最高達約85wt％的填料)，比如填充物。它們也可以用于修補物，在布置鄰近于牙齒以前，要成型和硬化用于最后的用途(例如作為牙冠，橋接體，鑲面，嵌體，高嵌體等等)。這樣的預成型品制品能被磨碎，或形成牙科醫(yī)生或者其它消費者定制的形狀。盡管所述可硬化的牙科組合物可以是任何各式各樣的材料，但優(yōu)選所述組合物不是表面預處理的材料(例如蝕刻劑，底涂劑，粘合劑)。更確切地講，優(yōu)選所述可硬化的牙科組合物是補劑(例如復合材料，填充物，或者修補物)，粘固粉，密封劑，涂層或者正牙粘合劑。
本發(fā)明的特征和優(yōu)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于此。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(jié)，不應該不適當?shù)亟忉尀橄拗票景l(fā)明。除非另有說明，所有的份和百分數(shù)基于重量基準，所有的水是去離子水，所有的分子量是重均分子量。
實施例試驗方法通過TEM(透射電子顯微術)試驗方法測定平均粒度大約80納米厚的樣品置于200目的具有碳穩(wěn)定的FORMVAR底物的銅網(wǎng)上(SPI Supplies，a division of Structure Probe，Inc.，WestChester，PA)。使用JEOL 200CX儀器(JEOL，Ltd.of Akishima，Japan andsold by JEOL USA，Inc.)在200千伏下獲取透射式電子顯微鏡照相(TEM)。測量的總體規(guī)模約為50-100顆粒的，確定平均粒度。
折射率(RI)試驗方法A在室溫下使用Bausch和Lomb制造的Abbe-3L折射計測量液體組合物的折射率值。依照制造商的推薦和良好的實驗室慣例進行測量。
折射率(RI)試驗方法B通過將固體試樣分散進入具有已知的不同特定折射率的光學液體中測量固體材料(例如玻璃填料)的折射率值。含有校準光學液體的制劑盒可以從Cargille Laboratories獲得(Cedar Grove，NJ)。用光學顯微鏡觀察分散體。通過使用貝克線作為光帶確定所述固體材料的折射率，所述的光帶在顯微鏡下觀察顯視為沿著分散顆粒的外緣分布。所述貝克線表明所述固體材料和光學液體折射率之間的相對差異或相等。
目視不透明度(Mac Beth值)試驗方法通過使混合的試樣在密封容器中(水在底部但不接觸樣品)在37℃下反應并硬化1小時制備盤形(1-毫米厚×20-毫米直徑)試樣。使用從Mac Beth(Mac Beth，Newburgh，NY)可得到的配備有可見光過濾器的Mac Beth透射光密度計Model TD-903，測量通過盤片厚度的光的透射，測量硬化樣品的直射光透光度。較低的Mac Beth值表明目視不透明度較低，材料的半透明性更大。報導的值是3次測量的平均值。
不透明度(Hunter Lab值)試驗方法通過使混合的試樣在36℃和至少95％相對濕度下反應和硬化1小時制備盤形(1.5-毫米厚×15-毫米直徑)的試樣。通過使用反射測定儀和使用Hunter Lab測色系統(tǒng)(Labscan-20/45 SN-14014；Hunter Lab，Reston，VA)測量硬化樣品的不透明度。在該試驗中不透明度定義為黑色背襯樣品的反射率與白色背襯樣品的反射率的比。第一次測量指定為1-小時不透明度值。隨后，樣品立即轉移進入小瓶中，貯藏在36℃水下另外23小時，之后如前所述測量不透明度(24-小時不透明度)。較低的Hunter Lab不透明度值表明材料的目視不透明度較低和半透明性較大。
抗壓強度(CS)試驗方法通過使混合的試樣在密封容器中(水與在底部但不接觸樣品)在36℃反應和硬化1小時，評價抗壓強度。所述硬化的盤形樣品(4-毫米直徑×6毫米厚度)貯藏在36℃水中另外23小時。然后根據(jù)ISO標準9917-1(1991)，使用在直角壓出速度每分鐘1毫米(mm/min)下操作的Zwick通用試驗儀(Zwick GmbH & Co.KG，Ulm，Germany)確定抗壓強度。報導的結果為6次重復測量的平均值。
抗彎強度(CS)試驗方法如上述的CS試驗方法評價試樣的抗彎強度，不同之處在于使用長方形樣品(25-毫米長×2-毫米寬度×2-毫米厚度)，根據(jù)ISO標準9917-2(1998)，使用在直角壓出速度為每分鐘1毫米(mm/min)下操作的Zwick通用試驗儀(Zwick GmbH Co.KG，Ulm，Germany)確定抗彎強度。報導的結果為6次重復測量的平均值。
縮寫詞，描述，和材料源



原料制備聚酸A丙烯酸和馬來酸的共聚物在90-100℃加熱含有加入的過氧化氫引發(fā)劑(相對于丙烯酸過量5倍摩爾量)的丙烯酸和馬來酸鈉鹽(1-1.2摩爾比)的水溶液5小時。冷卻到室溫之后，所述溶液用硫酸酸化到pH約1。得到的聚酸沉淀用膜過濾提純，通過噴霧干燥分離提供粉末，特征在于聚(丙烯酸/馬來酸)酸的平均分子量(MW)為10,000-12,000g/mol。
聚酸B丙烯酸和馬來酸的共聚物在90-100℃加熱含有加入的過氧化氫引發(fā)劑(相對于丙烯酸0.1摩爾比)的丙烯酸和馬來酸鈉鹽(1-1.2摩爾比)的水溶液5小時。冷卻到室溫之后，所述溶液用硫酸酸化到pH約1。得到的聚酸沉淀用膜過濾提純，通過噴霧干燥分離提供粉末，特征在于聚(丙烯酸/馬來酸)酸的平均分子量(MW)為28,000-32,000g/mol。
納米填料A硅烷處理的納米氧化鈦(“高含量”)OPTILAKE3二氧化鈦溶膠(200g)與SILQUESTA-1230(12.026g)結合，得到的溶液在密閉容器中80℃下加熱16小時。得到的溶液干燥為粉末(標明為納米填料A)，發(fā)現(xiàn)該粉末在略微加熱和攪動(在60-80℃的電爐上)情況下，可非常有效地分散進入水中以形成光學透明的溶液。
納米填料B硅烷處理的納米氧化鈦(“低含量”)OPTILAKE3二氧化鈦溶膠(100g)與SILQUESTA-1230(3g)結合，得到的溶液在密閉容器中80℃下加熱16小時。得到的溶液干燥為粉末(標明為納米填料B)，發(fā)現(xiàn)該粉末在略微加熱和攪動(在60-80℃的電爐上)情況下，可非常有效地分散進入水中以形成光學透明的溶液。
納米填料C硅烷處理的納米氧化鈦(“較低含量”)OPTILAKE3二氧化鈦溶膠(25g)與SILQUESTA-1230(0.625g)結合，得到的溶液在密閉容器中80℃下加熱16小時。得到的溶液干燥為粉末(標明為納米填料C)，發(fā)現(xiàn)該粉末在略微加熱和攪動(在60-80℃的電爐上)情況下，可非常有效地分散進入水中以形成光學透明的溶液。
二氧化鈦溶膠A1230-A(TS A1230-A)硅烷處理的納米氧化鈦溶膠(“高含量”)OPTILAK 3二氧化鈦溶膠(15g)與SILQUEST A-1230(0.375g)結合，得到的溶液在密閉容器中80℃下加熱16小時，然后冷卻到室溫。得到的二氧化鈦溶膠(約10wt％硅烷處理的納米氧化鈦填料)標明為二氧化鈦溶膠A1230-A(TS A1230-A)。
二氧化鈦溶膠A1230-B(TS A1230-B)硅烷處理的納米氧化鈦溶膠(“低含量”)OPTILAKE 3二氧化鈦溶膠(200g)與SILQUEST A-1230(1.16g)結合，得到的溶液在密閉容器中80℃下加熱16小時，然后冷卻到室溫。得到的二氧化鈦溶膠(約10wt％硅烷處理的納米氧化鈦填料)標明為二氧化鈦溶膠A1230-B(TS A1230-B)。
納米填料D硅烷處理的納米氧化鋯氧化鋯溶膠(100.0g；16.95g氧化鋯)加入到16盎司的玻璃瓶中，隨后在攪拌情況下加入1-甲氧基-2-丙醇(100g；Sigma-Aldrich)，SILQUEST A-174(3.45g)和SILQUEST A-1230(2.4g)。得到的混合物在室溫下攪拌10分鐘，加熱到90℃保持4.0小時，然后通過旋轉蒸發(fā)濃縮內容物提供液體濃縮物(59g)。
去離子水(172g)和濃氨/水(5.4g；29％NH3)加入到500ml燒杯中，隨后在約5分鐘之內加入所述液體濃縮物得到白色沉淀。通過真空過濾回收沉淀并用去離子水洗滌。得到的濕濾餅分散在1-甲氧基-2-丙醇(54g)中得到包含17.6wt％硅烷處理的納米氧化鋯填料的分散體。所述填料定義為納米填料D。
上述分散體(78.44g)與樹脂 A[HEMA(2.28g)和PEGDMA-400(3.73g)]結合，通過旋轉蒸發(fā)除去水和醇，得到包含70wt％硅烷處理的納米氧化鋯填料的流體分散體。該定義為納米填料D/樹脂A。
實施例1含水的聚酸+硅烷處理酸納米氧化鈦填料納米填料A和B分別以不同的含量加入到30wt％聚酸A的水溶液中，根據(jù)本發(fā)明描述的RI試驗方法A確定得到的分散體的折射率(RI)值。不同的納米填料含量和測定的RI值提供于表1中。

實施例2-3和比較例1含水的聚酸+硅烷處理的納米氧化鈦填料+FAS玻璃通過結合30wt％聚酸A的水溶液和40wt％納米填料A(實施例1/試驗編次5；“液體組分”)，隨后加入FAS填料A(“粉末組分”；RI大約為1.508)制備玻璃離聚物(GI)組合物。以2∶1粉末/液體重量比充分混合雙組分提供糊劑，命名為實施例2，而且隨后在密閉容器中37℃下，在底部有水但不接觸樣品的情況下放置硬化1小時。
如實施例2的描述制備和硬化GI組合物，不同之處在于使用50％的納米填料A(實施例1/試驗編次6)。得到的糊劑命名為實施例3，隨后放置硬化。
如實施例2的描述制備和硬化GI組合物，不同之處在于不使用納米填料。得到的糊劑命名為比較例1，隨后放置硬化。
在所述混合粉末/液體組合物中組分的相對重量份提供于表2A中。

硬化實施例2和3與硬化比較例1相比的物理表觀和定性的目視光學性質提供于表2B中。

*光學性質由通過2-3毫米厚的硬化糊劑樣品閱讀在紙上書寫的文字的能力確定。
實施例4-6含水的聚酸+硅烷處理的納米氧化鈦填料+FAS玻璃通過結合30wt％聚酸A的水溶液和40wt％納米填料B(“液體組分”；實施例1/試驗編次8)，隨后加入FAS填料A(“粉末組分”)制備玻璃離聚物(GI)組合物。以2.5∶1粉末/液體重量比(即71.4％FAS填料A的負載量)充分混合雙組分提供糊劑，命名為實施例4，而且隨后在密閉容器中37℃下，在底部有水但不接觸樣品的情況下，放置硬化1小時。
如實施例4的描述制備和硬化GI組合物，不同之處在于使用50％的納米填料A(實施例1/試驗編次9)。得到的糊劑命名為實施例5，隨后放置硬化。
如實施例4的描述制備和硬化GI組合物，不同之處在于使用40％和50％的納米填料B的50/50的混合物。得到的糊劑命名為實施例6，隨后放置硬化。
如實施例4的描述制備和硬化GI組合物，不同之處在于不使用納米填料。得到的糊劑命名為比較例2，隨后放置硬化。
在所述混合粉末/液體組合物中組分的相對重量份提供于表3A中。

硬化實施例4-6與硬化比較例1相比的物理表觀，定性目視光學性質和目視不透明度(根據(jù)本發(fā)明描述的目視不透明度試驗方法A確定的MacBeth值)提供于表3B。

*NT-沒有試驗從表2B和3B的數(shù)據(jù)得出結論當所述FAS玻璃填料組分的RI與所述水，聚酸和納米填料組分的RI更緊密地匹配時，GI組合物的光學性質和目視不透明度值得以改進(即變得更透明)。
實施例7-9和比較例2-3玻璃離聚物組合物通過混合粉末部分(含聚酸和FAS玻璃填料組分)與液體部分(含水和任選的納米填料組分)制備玻璃離聚物(GI)組合物，得到的糊劑(實施例7-9和比較例2-3)在36℃和至少95％相對濕度下放置硬化1小時。所述納米填料組分以TS A1230-A(含約10wt％硅烷處理的納米氧化鈦的二氧化鈦溶膠，或另外的同樣溶膠的更濃縮的形式(例如約20wt％))的形式引入。粉末和液體組分的相對重量份，在所述混合的糊劑組合物中組分的重量份，和所使用的粉末/液體重量比例提供于表4中。
根據(jù)本發(fā)明描述的試驗方法評價硬化組合物的抗壓強度，抗彎強度，和1-小時和24-小時不透明度(Hunter Lab值)，結果報導在表4中。

*重量份基于干重注明；TS A1230-A的水含量包含在水組分的值中。
**NT-沒有測試實施例10-20和比較例4玻璃離聚物組合物通過混合粉末部分(含聚酸和FAS玻璃填料組分)與液體部分(含水和任選的納米填料組分)制備玻璃離聚物(GI)組合物，得到的糊劑(實施例10-20和比較例4)在36℃和至少95％相對濕度下放置硬化1小時。所述納米填料組分以TS A1230-B，OPTILAKE 3 TS或納米填料C的形式引入。所述粉末和液體組分的相對重量份，所述混合糊劑組合物組分的重量份，和所使用的粉末/液體重量比例提供于表5A和5B中。
根據(jù)本發(fā)明描述的方法評價硬化組合物的抗壓強度，抗彎強度，1-小時和24-小時不透明度(Hunter Lab值)，所述結果報導在表5A和5B中。

*重量份基于干重注明；TS A1230-B的水含量包含在水組分的值中。
**NT-沒有測試

*重量份基于干重注明；TS A1230-B和OPTILAKE 3 TS的水含量包含在水組分的值中。
實施例21和比較例5樹脂改性的玻璃離聚物組合物通過結合表6A中列出的成分(以重量份表示)制備兩種第一糊劑組合物(定義為糊劑A1和A2)。填料D(硅烷處理的納米氧化鋯)加入到組合物中作為樹脂A(HEMA/PEGDMA-400，見納米填料D的原料制備)中由70％納米氧化鋯組成的流體分散體的一部分。通過結合在表6B中列出的成分(以重量份表示)制備一種第二糊劑組合物(定義為糊劑B)。


通過在混合物填料上使用抹刀涂抹每一種糊劑A與糊劑B制備可硬化組合物(實施例21R和比較例5R-僅為樹脂)。根據(jù)本發(fā)明描述的RI試驗方法確定組合物的折射率(RI)值。向這些組合物的部分中加入FAS填料C以提供實施例21和比較例5。所述組合物組分的相對的重量份提供于表7中。
根據(jù)本發(fā)明描述的目視不透明度(Mac Beth值)試驗方法的改進方法評價可硬化組合物的目視不透明度，所述結果報導在表7中。(在所述改進的試驗方法中，混合的試樣(在混合但沒有光固化之后立即)使用1-毫米厚的不銹鋼襯墊作為模子放置在玻璃顯微鏡載片之間。然后使用Mac Beth密度計測定樣品的目視不透明度)。

從表7中可以看出將納米填料D引入所述樹脂組合物中可使樹脂的折射率從1.4536增加到1.5165(比較例21R和比較例5R)，因此更緊密地匹配FAS填料C的折射率(RI＝1.515)。向不含納米填料D的樹脂組合物中加入FAS填料C得到光學性質非常差(VO＝0.80)的樹脂改性的玻璃組合物(比較例5)，而向含有納米填料D的樹脂組合物中加入FAS填料C得到具有優(yōu)異光學性質(VO＝0.3)的樹脂改性的玻璃組合物。
權利要求
1.一種可硬化的牙科組合物，包括(a)聚酸；(b)酸反應性填料；(c)納米填料；(d)水；和(e)任選的可聚合組分；其中所述聚酸、納米填料、水和任選的可聚合組分的組合混合物的折射率在所述酸反應性填料的折射率的4％范圍之內。
2.權利要求1的組合物，其中所述聚酸、納米填料、水和任選的可聚合組分的組合混合物的折射率在所述酸反應性填料的折射率的3％范圍之內。
3.權利要求1的組合物，其中所述聚酸、納米填料、水和任選的可聚合組分的組合混合物的折射率在所述酸反應性填料的折射率的1％范圍之內。
4.權利要求1的組合物，包括可聚合組分。
5.權利要求4的組合物，其中所述可聚合組分包括烯鍵式不飽和化合物。
6.權利要求4的組合物，其中所述可聚合組分包括具有酸官能度的烯鍵式不飽和化合物。
7.權利要求1的組合物，其中所述聚酸包括具有多個酸性重復基團但是基本上沒有可聚合基團的聚合物。
8.權利要求7的組合物，包括可聚合組分。
9.權利要求1的組合物，其中所述聚酸包括具有多個酸性重復基團和多個可聚合基團的聚合物。
10.權利要求9的組合物，包括可聚合組分。
11.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。
12.權利要求11的組合物，其中所述酸反應性填料包括氟代硅酸鋁(FAS)玻璃。
13.權利要求12的組合物，其中所述組合物包括小于50wt％的FAS玻璃。
14.權利要求11的組合物，其中所述酸反應性填料包括氟氧化物材料。
15.權利要求14的組合物，其中至少90wt％的氟氧化物材料是納米結構的。
16.權利要求1的組合物，其中所述納米填料是酸反應性的。
17.權利要求1的組合物，其中所述納米填料是非酸反應性的。
18.權利要求1的組合物，其中所述納米填料的平均粒度至多為約100納米。
19.權利要求1的組合物，其中所述納米填料的平均粒度至多為約50納米。
20.權利要求1的組合物，其中所述納米填料的含量大于0.1wt％。
21.權利要求1的組合物，其中所述納米填料的含量大于5wt％。
22.權利要求1的組合物，其中所述納米填料的含量大于10wt％。
23.權利要求1的組合物，其中所述納米填料的含量大于20wt％。
24.權利要求1的組合物，其中所述納米填料包括顆粒，該顆粒選自二氧化硅；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。
25.權利要求1的組合物，其中所述納米填料包括納米簇。
26.權利要求25的組合物，其中所述納米簇包含反應性離子。
27.權利要求1的組合物，其中所述納米填料的折射率大于所述酸反應性填料的折射率。
28.權利要求1的組合物，其中所述納米填料的折射率大于1.5。
29.權利要求1的組合物，其中所述納米填料的折射率大于2.0。
30.權利要求1的組合物，其中所述納米填料包括具有化學處理表面的氧化鈦。
31.權利要求30的組合物，其中所述納米填料包括具有硅烷處理表面的二氧化鈦。
32.權利要求1的組合物，其中所述組合物一經(jīng)硬化具有至多約0.5的目視不透明度。
33.權利要求1的組合物，還包括至少一種添加劑，其選自氟化物源，其它填料，熱解填料，增白劑，抗齲劑，再礦化試劑，酶，呼吸清涼劑，麻藥，凝固試劑，酸中和劑，化療劑，免疫反應調節(jié)劑，藥劑，指示劑，染料，顏料，潤濕劑，酒石酸，螯合劑，表面活性劑，緩沖劑，粘度調節(jié)劑，觸變膠，多元醇，殺菌劑，消炎試劑，抗真菌劑，穩(wěn)定劑，治療口干癥的試劑，脫敏劑，及其組合。
34.權利要求4的組合物，其中所述組合物選自牙科補劑，牙科粘合劑，牙科粘固粉，空腔襯里材料，正牙粘合劑，牙科密封劑和牙科涂料。
35.權利要求4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。
36.權利要求1的組合物，其中所述組合混合物處于未硬化的狀態(tài)。
37.權利要求1的組合物，其中所述組合混合物處于硬化的狀態(tài)。
38.一種制備牙科制品的方法，所述方法包括如下步驟(a)提供權利要求1的牙科組合物；和(b)硬化所述牙科組合物以形成牙科制品。
39.權利要求38的組合物，其中所述牙科制品選自牙科打磨坯料，牙冠，牙科填料，牙科修補物和正牙器件。
40.一種多個部分的可硬化的牙科組合物，包括(a)包括聚酸的第一部分；(b)包括酸反應性填料的第二部分；(c)存在于兩個部分中或兩者之一中的納米填料；(d)存在于兩個部分中或兩者之一中的水；和(e)存在于兩個部分中或兩者之一中的任選的可聚合組分；其中所述聚酸、納米填料、水，和任選的可聚合組分的組合混合物的折射率在所述酸反應性填料的折射率的4％范圍之內。
41.權利要求40的組合物，其中所述第一部分包括糊劑。
42.權利要求40的組合物，其中所述第二部分包括糊劑。
43.權利要求40的組合物，其中所述第一部分和所述第二部分均包括糊劑。
全文摘要
本發(fā)明的特征在于含納米填料的離聚物組合物，所述納米填料能為所述組合物提供所需的美觀性(例如光學半透明性)。所述組合物可用于多種牙科和正牙應用，例如作為粘合劑，粘固粉，補劑，涂料和密封劑。
文檔編號A61K6/083GK1984632SQ200580023940
公開日2007年6月20日 申請日期2005年3月29日 優(yōu)先權日2004年5月17日
發(fā)明者布雷德利·D·克雷格, 布蘭特·U·科爾布, 喬爾·D·奧克斯曼, 羅伯特·F·佩斯, 西比勒·弗蘭克 申請人:3M創(chuàng)新有限公司