фотоотверждаемый иономер

Формула изобретения

Фотоотверждаемый иономер, полученный взаимодействием (со)полимера акриловой кислоты с мол.м. 9700-500000 с мономером, выбранным из группы, содержащей 2-изоцианатоэтилметакрилат, аллилцианат, 2-оксиэтилметакрилат, при массовом соотношении мономер: (со)полимер 19,2-50:100 с образованием амидной или эфирной связи.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к фотоотверждаемым иономерам, которые могут использоваться для получения стоматологических и медицинских клеев, субстратов, покрывных материалов, замазок, герметиков и наполнителей для восстановления и/или лечения зубов.

Известно цементирующее средство для зубов, содержащее водорастворимый полимер карбоновой кислоты (1).

Известен сополимер акриловой и малеиновой кислот, который входит в состав жидкости для отверждения зубных цементов (2).

Клеи с использованием данных иономеров являются выгодными в химическом отношении, но весьма чувствительны к методу применения и требуют больших затрат времени со стороны дантиста и пациента, что вызывает дискомфоpт последнего.

Технической задачей изобретения является получение иономеров позволяющих регулировать рабочее время и время схватывания клеящих систем.

Поставленная задача достигается фотоотверждаемым иономером с молекулярной массой 9700-500000, полученным взаимодействием (со)полимера акриловой кислоты с мономером, выбранным из группы, содержащей 2-изоцианатоэтилметакрилат, аллилцианат, 2-оксиэтилметакрилат при массовом соотношении мономер (со) полимер 19,2-50:100, с образованием амидной или эфирной связи.

Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие настоящее изобретение. Количественное значение компонентов во всех примерах приводится в мас.ч.

Пример 1.

Синтез низкомолекулярной полиакриловой кислоты.

В стеклянный реактор, оснащенный двумя воронками для добавления компонентов, термометров, механической мешалкой, обратным холодильником и трубкой для впуска азота, загружали 354,4 части сухого тетрагидрофурана ("ТНF") (cодержание воды <0,02%). В одну из воронок для добавления компонентов загружали раствор 144 частей мономера акриловой кислоты в 82,4 частях тетрагидрофурана. Раствор 1,64 части азобисизобутиронитрала "АIBN"), используемого в качестве инициатора, в 102 частях тетрагидрофурана загружали во вторую воронку. Начали продувку азотом и нагревали реактор. После достижения в реакторе температуры равной 60^oC добавляли раствор мономера со скоростью около 9 частей в течение каждый 5 минут, также добавляли раствор инициатора со скоростью около 4,5 частей в течение каждых 5 минут. После окончания добавлений детали возможным осуществление реакции при температуре 60^oC в течение еще 2 часов, в результате чего был получен гомогенный немного мутный раствор. Гель-проникающая хроматография ("GPC") показала, что средняя молекулярная масса полученного полимера равнялась 9700 при полидисперсности, равно 2,7.

Пример 2.

Синтез высокомолекулярной полиакриловой кислоты.

Газообразный азот барботировали в раствор, состоящий из 15 частей акриловой кислоты, 82,5 частей пара-диоксана и 0,15 части азобисизобутиронитрила, в течение 15 минут. Реактор затем закрывали пробкой и нагревали при температуре 60^oC в течение примерно 18 часов, после чего анализ методом инфракрасной спектроскопии показал отсутствие С=С полос при частоте 1635 см^-1. Гель-проникающая хроматография гомогенного, светлого, вязкого продукта показала, что средний молекулярный вес полимера равнялся 115452 при полидисперсности, равно 4,48.

Пример 3.

Синтез сополимера акриловой и итаконовой кислоты с соотношением 4:1.

В реактор, описанный в примере 1, загружали 132,9 части тетрагидрофурана. Через одну из воронок для добавления компонентов загружали раствор мономера, содержащий 58,6 части акриловой кислоты, 26,0 частей итаконовой кислоты и 150,6 части тетрагидрофурана. Через другую воронку для добавления компонентов загружали раствор инициатора, содержащий 0,82 части азобисизобутиронитрила в 115 частях тетрагидрофурана. Реактор промывали азотом и нагревали до 60^oC. Раствор мономера добавляли со скоростью около 9 частей в течение каждых 15 минут, а раствор инициатора добавляли со скоростью около 4,5 частей в течение каждых 15 минут. Температуру в реакторе поддерживали равной 62-64^oC. После окончания добавления растворов мономера и инициатора реакционную смесь перемешивали при температуре около 64^oC в течение примерно 17 часов, после чего анализ методом инфракрасной спектроскопии показал, что реакция полимеризации закончилась. Молекулярная масса полученного полимера равна 500000.

Пример 4.

Синтез сополимера акриловой и итаконовой кислоты с соотношением 7:3.

В реактор, описанный в примере 1, загружали 134 части тетрагидрофурана и промывали азотом. Раствор мономера, содержащий 39 частей итаконовой кислоты, 50,4 части акриловой кислоты и 226 частей тетрагидрофурана добавляли со скоростью около 12 частей в течение каждых 5 минут. Раствор инициатора, содержащий 0,82 части азобисизобутиронитрила в 51 части тетрагидрофурана, добавляли со скоростью около 2,2 части в течение каждых 5 минут. После окончания добавления реакционную смесь нагревали при температуре 60^oC в течение примерно 2 часов. Гель-проникающая хроматография показала, что средний молекулярный вес равен 18310 при полидисперсности 3,0.

Пример 5.

Синтез сополимера акриловой и малеиновой кислоты с соотношением 4:1.

В реактор, описанный в примере 1, загружали 268 частей тетрагидрофурана и промывали азотом. Раствор мономера, содержащий 23,2 части малеиновой кислоты, 57,6 части акриловой кислоты и 88,6 части тетрагидрофурана, добавляли со скоростью около 6,6 части в течение каждых 5 минут. Раствор инициатора, содержащий 0,82 части азобисизобутиронитрила в 51,4 части тетрагидрофурана добавляли со скоростью около 2,2 части в течение каждых 5 минут. Реакционную смесь перемешивали в течение еще 2 часов при температуре 60^oC. Гель-проникающая хроматография показала, что средний молекулярный вес равен 10800 при полидисперсности 2,5.

Примеры 6-8.

Взаимодействие полиакриловой кислоты по примеру 1 с 2-изоцианатоэтилметакрилатом.

В трехгорлый стеклянный реактор, оснащенный механической мешалкой, трубкой для впуска сухого воздуха, воронкой для добавления компонентов и термометром, переносили часть раствора тетрагидрофурана по примеру 1, который содержал 24,7 части полиакриловой кислоты. К этому раствору последовательно добавляли 0,08 части ВНТ, 0,08 части трифенилстибина ("ТРS"), 0,135 части дилаурата дибутилолова ("DBTL") и еще 26,6 части тетрагидрофурана. Включали мешалку и реакционную смесь нагревали до 32-35^oC. Количество 2-изоцианатоэтилметакрилата ("IEM") для каждого примера изменялось так, как показано в таблице 1. 2-изоцианатоэтилметакрилат добавляли по каплям в течение примерно 45-50 минут, так что температура реакции не превышала 40^oC. После окончания добавления 2-изоцианатоэтилметакрилата реакционную смесь перемешивали при этой температуре до тех пор, пока не прекращалось выделение двуокиси углерода. В этот момент источник тепла удаляли и реакционную смесь перемешивали при температуре около 20^oC в течение еще одного часа. Анализ методом инфракрасной спектроскопии показал отсутствие полосы UCO при частоте 2350 см^-1 наличие полосы амида при частоте 1530 см^-1. Гомогенный раствор затем переносили в ротационный выпарной аппарат и концентрировали до консистенции сиропа. Этот концентрат добавляли тонкой струей к 500 частям простого диэтилового эфира при встряхивании, в результате чего полимер выпал в осадок в виде мелкого белого твердого вещества. Осадок фильтровали, промывали 100 частями простого диэтилового эфира и высушивали в условиях вакуума. В приводимой ниже таблице 1 указаны части 2-изоцианатоэтилметакрилата, выход полимера и вязкость 45% раствора полимера в смеси 2-оксиэтилметакрилата ("НЕМА") и воды (весовое соотношение 2:3).

Пример 9.

Взаимодействие полиакриловой кислоты с аллилизоцианатом.

К раствору, содержащему 2,3 части полиакриловой кислоты, полученной в соответствии с примером 2, добавляли 0,005 части ВНТ и 0,01 части дилаурата дибутилолова. Эту смесь перемешивали с образованием светлого раствора. По каплям добавляли раствор 0,6 части аллилизоцианата в 2 частях пара-диоксана. Реакционную смесь перемешивали при температуре около 60^oC до прекращения выделения СО₂. Эту смесь затем охлаждали до 20^oC и перемешивали еще в течение 18 часов. Осажденный полимер фильтровали, промывали гексаном и высушивали.

Пример 10.

Взаимодействие полиакриловой кислоты с 2-изоцианатоэтилметакрилатом.

2 части дилаурата дибутилолова добавляли при перемешивании к 15 частям раствора полиакриловой кислоты по примеру 2. К этой смеси по каплям добавляли 2-изоцианатоэтилметакрилат (7,5 частей), содержащий 0,05 части ВНТ. Реакционную смесь перемешивали при температуре около 20^oC в течение 1/2 часа с последующим нагревом при температуре 60^oC в течение 1 часа. Сначала наблюдалось обильное выделение двуокиси углерода, которое прекратилось при приближении к концу реакции. Первоначально произошло осаждение белого материала, но при продолжении перемешивания при температуре около 20^oC он постепенно растворялся с образованием светлого раствора. Этот раствор добавляли медленной струей к простому диэтиловому эфиру; осажденное твердое вещество фильтровали, промывали простым диэтиловым эфиром и высушивали в условиях вакуума. Сухой полимер растворяли в смеси 2-оксиэтилметакрилата и воды с соотношением 2:3.

Пример 11.

Взаимодействие сополимера акриловой и итаконовой кислоты с соотношением 4:1 с 2-изоцианатоэтилметакрилатом.

Полимеризованную реакционную смесь по примеру 3 оставляли для охлаждения до 35^oC. К перемешанной смеси добавляли 0,15 части ВНТ, 0,15 части трифенилстибина и 1,03 части дилаурата дибутилолова. В реакционную смесь подавали поток воздуха и увеличивали температуру реакции до 40^oC. В реакционную смесь по каплям добавляли раствор 35,34 части 2-изоцианатоэтилметакрилата, растворенного в 22 частях тетрагидрофурана, в течение примерно полутора часов. Реакционную смесь затем перемешивали при температуре около 40^oC еще в течение часа с последующим перемешиванием при температуре 20^oC еще в течение 18 часов. Гомогенный раствор концентрировали до консистенции сиропа. Затем его осаждали в этилацетате, объем которого в пять раз превосходил объем сиропа. Осадок фильтровали, промывали этилацетатом и высушивали в условиях вакуума. Выход полимера составил 98% Сухой полимер (45 частей) растворяли в смеси, содержащей 33 части воды и 22 части 2-оксиэтилметакрилата, с выходом гомогенного раствора, имеющего вязкость 276 сантистоксов.

Пример 12.

Получение раствора отверждаемого на свету иономера.

К высушенным иономерам (полученным из 10 частей полиакриловой кислоты, описанной в примере 1, и подвергнутым взаимодействию с 2,08 частями 2-изоцианатоэтилметакрилата, описанного в примерах 6-8) добавляли 2-оксиэтилметакрилата и дистиллированную воду в количествах, указанных в таблице 2. Измеряли вязкость каждого полученного гомогенного раствора.

Каждый из указанных выше растворов иономеров соединяли с системой инициатора полимеризации в следующих пропорциях:

Раствор иономера 4,346 части

Камфархинон 0,021 части

Хлористый дифенилиодоний 0,135 части

Пример 13

Измерение сцепления с дентином

Сцепление отверждаемых на свету иономерных клеящих систем с бычьим дентином измеряли при помощи следующей процедуры:

1. Нанесите смешанную иономерную клеящую систему на свежеотполированный (номер абразивного материала 600) бычий дентин.

2. Произведите отверждение в течение 20 секунд при помощи зубоврачебной лампы для отверждения ("Визилюкс 2", ЗМ).

3. Нанесите зубной клей ("Скотчбонд ТМ даул кьюар), 3М).

4. Введите отверждаемую на свету пломбу ("Р-30", 3М), путем формования в виде пуговицы.

6. Произведите отверждение в течение 20 секунд.

7. Выдержите в воде при температуре 37^oC в течение 24 часов.

8. Приложите срезающее усилие к этой пуговице в динамометре ("Инстрон") при скорости направляющей головки, равной 2 мм/мин.

Спекшуюся фторалюминосиликатную стекломассу получали путем совместного плавления и последующего охлаждения следующих ингредиентов.

Ингредиент Части

SiO₂ 26,84

Al₂O₃ 0,80

P₂O₅ 0,94

NH₄F 3,32

AlF₃ 20,66

Na₂AlF₆ 10,65

ZnO 20,66

MgO 2,12

SrO 12,55

Полученную спекшуюся стекломассу растирали с образованием мелкого порошка, который просеивали через сито с величиной отверстий 44 микрон. Площадь поверхности определяли равной 1,1 м²/г с использованием динамического потока "Монасорб" в одноточечном анализаторе площади поверхности ВЕТ (Квантахром компании, Сосет, шт. Нью-Йорк).

Полученные растворы иономеров, соединенные с системой инициатора полимеризации, описанной выше в примере 12, смешивали со стеклянным порошком при соотношении порошка и жидкости, равном 1,4:1, и растирали вручную в течение примерно 15 секунд при температуре 20^o с образованием гладкой кремообразной смеси. Результаты сцепления приведены ниже.

Иономер Сцепление (кг/см²)

12a 68,0

12b 115

12c 125

12d 115

12e 91

Для сравнения были определены значения сцепления для выпускаемых промышленностью иономерных клеящих систем, а именно "GС лайнинг цемент" фирмы" GC дентал корпорейшн", Токио, Япония, и "Кетак бонд" фирмы "Эспе фабрик фарм.", Гамбург, Западная Германия, с использованием такого же метода, в результате чего соответственно были получены значения 40 кг/см² и 45 кг/см². Результаты, приведенные выше, показывают, что значения сцепления клеев, полученных из фотоотверждаемых иономерных клеящих систем по настоящему изобретению, могут значительно превышать значения сцепления выпускаемых промышленностью иономерных клеев, с которыми производилось сравнение.

Пример 14.

Влияние добавок на реакционноспособный порошок.

Спекшуюся стекломассу, полученную в соответствии с примером 13, соединяли с различными количествами динатрийфосфата и перемалывали с образованием порошка (с использованием шпателя из окиси алюминия размером 12 мм х 12 мм) в керамическом сосуде, вращающемся со скоростью 60 оборотов в минуту в течение примерно 3 часов. Площадь поверхности определяли так же, как описано в примере 13. Этот порошок затем суспендировали в растворе, содержащем 1 часть хлористого дифенилиодония (инициатор полимеризации) и 99 частей метанола. Растворитель после этого выпаривали и сухой порошок, содержащий инициатор, просеивали через сито с размером отверстий 74 микрона. Растворы иономеров (полученные в соответствии с примером 12d и соединенные с 0,5% камфархинона) смешивали порошком, содержащим инициатор, при весовом соотношении порошка и жидкости, равном 1,4:1, и растирали вручную при температуре около 20^oC в течение 15 секунд, производя при этом около 30 ударов, с образованием тщательно перемешанной смеси.

Рабочее время определяли путем быстрого формования смешанного клея при помощи шпателя в виде бусины длиной 2,5 см и шириной 0,6 см. Через сорок секунд после начала смешения через бусину протягивали в перпендикулярном направлении шаровой аппликатор, в результате чего клей распределялся по смешивающему основанию. Эту процедуру повторяли через каждые 10-20 секунд до тех пор, пока клей не становился тягучим или непригодным для обработки. Сцепление определяли так, как описано в примере 13.

Для выполнения измерений сопротивления разрыву по диаметру и прочности на сжатие образцы смешанного клея вводили в стеклянную трубку с внутренним диаметром 4 мм. Заполненную трубку помещали в вибратор на 30 секунд с целью удаления захваченных пузырьков воздуха, затем подвергали воздействию давления, равного 2,88 кг/см² (40 фунтов на кв. дюйм) с последующим отверждением под давлением при воздействии зубоврачебной лампы для отверждения "Визилюкс 2". Отвержденные образцы оставляли для выстаивания в течение 1 часа при температуре около 37^oC и относительной влажности 900+. Затем их разрезали алмазным резцом с образованием цилиндрических пробок длиной 2 мм, предназначенных для измерения предела прочности при растяжении по диаметру, и длиной 8 мм, предназначенных для измерения предела прочности при сжатии. Эти пробки хранили в дистиллированной воде при температуре около 37^oC в течение 24 часов, и пределы прочности при растяжении и при сжатии по диаметру определяли в соответствии со спецификацией 7489 Международной организации по стандартизации.

Состав трех порошков и концентрация динатрийфосфата наряду со свойствами, определенными для каждого образца, приведены в таблице 3.

Результаты, приведенные в таблице 3, показывают, что на рабочее время можно влиять в широких пределах, например, удлинять его, путем регулирования концентрации модификатора. В этом случае модификатор представляет соединение, которое взаимодействует с порошком на конкурирующей основе и таким образом задерживает реакцию схватывания между кислотами и основаниями, происходящую между иономером и порошком. Пределы прочности при растяжении и сжатии по диаметру несколько снижаются под действием таких конкурирующих реакций, хотя по-прежнему остаются внутри допустимых пределом. Значения сцепления не испытали значительного влияния.

Пример 15.

Сравнение различных добавок в качестве модификаторов.

Раствор иономера, полученный в соответствии с примером 11 и соединенный с системой инициатора полимеризации в соответствии с примером 12, смешивали с различными добавками, указанными в таблицах 4 и 5, с целью изменения значений рабочего времени иономерных клеящих систем по настоящему изобретению. Полученные растворы смешивали с порошком, полученным путем измельчения стекольного состава, приготовленного в соответствии с примером 13. Значения рабочего времени определяли так, как описывалось выше в примере 14. Сцепление определяли так, как описано в примере 13.

Сравнение данных, приведенных в таблицах 4 и 5, показывает, что кислотные добавки способствуют сокращению рабочего времени, в то время как основные добавки способствуют увеличению рабочего времени.

Пример 16.

Определение свойств затвердевших клеев.

Стеклянный порошок, содержащий инициатор полимеризации, который был получен так, как описано в примере 14, смешивали с растворами иономеров, описанными в примерах 6-8 (содержащих 0,5% камфархинона исходя из веса жидкости), при весовом соотношении порошка и жидкости, равном 1,4:1. Значения рабочего времени и свойства затвердевшего клея после отверждения в течение 20 секунд при воздействии зубоврачебной лампы для отверждения "Визилюкс 3" приведены ниже в таблице 6. В качестве сравнительного образца был приготовлен выпускаемый промышленностью иономерный клей "GC брэнд лайнинг цемент" фирмы "GC дентал корпорейшн", в соответствии с инструкциями для его получения.