导致改进的牙用复合物的材料及由其制成的牙用复合物

摘要

本文提供未固化的牙用复合材料，此外，所述材料适于填补牙洞。

说明书

发明领域

本发明涉及用于牙齿修复的复合材料。更特定地，本发明涉及用于牙 齿复合物的新组分，其赋予牙齿复合物吸引人的性能组合，所述性能是好 的机械性能和低的收缩率的组合。

背景技术

近年来，包含大量填充聚合物的复合材料已经普遍用于牙齿修复中。 目前的复合材料包含交联丙烯酸酯或者甲基丙烯酸酯，无机填料如玻璃或 石英，和适于用可见光固化的光引发剂系统。典型的甲基丙烯酸酯材料包 括2，2’-双[4-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基)苯基]丙烷(“Bis-GMA”)；乙 氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯(“EBPDMA”)；1，6-双-[2-甲基丙烯酰氧基 乙氧基羰基氨基]-2，4，4-三甲基己烷(“UDMA”)；二甲基丙烯酸十二烷二 醇酯(“D₃MA”)；和二甲基丙烯酸三乙二醇酯(“TEGDMA”)。这些化合 物的结构式如下所示。

牙用复合材料提供与传统的金属汞合金截然不同的美观性优势。然 而，它们不能像汞合金一样在牙用填料中提供长效性。失效的主要原因是 在牙洞中进行光聚合的过程中产生过度的收缩，这可能引起泄漏，并使细 菌重新进入。另一个原因是它们没有足够的强度和韧性，如同弯曲强度和 断裂韧性这些可测性质所表现出来的。因此，仍然需要新的单体和新的单 体组合，在聚合时，这些单体和单体组合能赋予生成的复合物高的断裂韧 性和弯曲强度。同时也非常期望聚合时有低的收缩应力。

WO 01/95862A1由现有技术总结了几项启示。第一个启示是，虽然 已知增加生成复合物所用的单体的分子量降低了复合物的聚合收缩率，但 是使用更高分子量的单体会不理想地增加了粘度。现有技术启示，当期望 的单体粘度过大而不能产生好的复合物时，可以使用低粘度的反应活性稀 释剂，比如TEGDMA。但是这些反应活性稀释剂通常具有非常高的聚合 收缩率，而且会影响最终复合物的性能。

更常见的商业上使用的单体之一是Bis-GMA。然而，它在室温时非 常粘稠，很难处理。因此用第二种粘度更低的可聚合成分(“流化剂”)稀 释，所述流化剂是甲基丙烯酸酯单体，比如TEGDMA、二甲基丙烯酸四 乙二醇酯或二甲基丙烯酸十二烷二醇酯。然而，尽管提供了低粘度，但是 粘度较低的成分(通常是低分子量单体)能够使收缩率增加。越来越多地， Bis-GMA和TEGDMA与UDMA和EBPDMA组合，但是收缩率仍然足 够高，使人期望进行改进。

(甲基)丙烯酸酯氨基甲酸酯是可固化粘合剂、涂料、印刷油墨和牙用 材料中的常用组分。牙科领域中常用的一种单体是7，7，9-三甲基-4，13-二氧 代-3，14-二氧杂-5，12-二氮杂十六烷-1，16-二基二甲基丙烯酸酯(UDMA)。 UDMA通过一摩尔2，2，4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯和两摩尔2-羟甲基甲 基丙烯酸酯(HEMA)的反应制备，而且在室温时是粘性液体。UDMA 的分子量相对较小，每个双键的质量约为235道尔顿。当用作可光固化牙 用复合物配制剂中的主要成分时，UDMA会产生令人无法接受的高度聚 合收缩，最终影响固化修复物的持久性和性能。

除了UDMA，还公开了其它基于氨基甲酸酯的二甲基丙烯酸酯。例 如，M.G.Buonocore和C.A.Casciani(New York State Dental Journal 1969， 35，135)描述了两摩尔HEMA和各一摩尔的2，4-甲代亚苯基二异氰酸酯、 亚萘基二异氰酸酯、氢化的二苯基甲烷二异氰酸酯或者六亚甲基二异氰酸 酯的反应产物。然而，这些产物是晶体化合物，需要使用液态共聚单体来 形成适当的牙用复合物。

美国专利No.6,653,375B2公开了一系列用于牙用复合物中的、基于 1，3-双(1-异氰酸根合-1-甲基乙基)苯(“TMXDI”)的氨基甲酸酯二甲基丙 烯酸酯(urethane dimethacrylate)。这项专利中描述的氨基甲酸酯具有长一 至八个碳原子的(甲基)丙烯酸酯臂，可选地插入有氧原子。

美国专利No.4,243,578涉及一系列氨基甲酸酯二甲基丙烯酸酯，其 由二异氰酸酯起始材料与C_1-8-羟烷基甲基丙烯酸酯的反应制备，及其在牙 用填充材料中的用途。

美国专利No.4,400,159公开了二异氰酸酯与3-甲基丙烯酰基-2-羟基 丙基酯的反应，生成高度接枝化的氨基甲酸酯二甲基丙烯酸酯类似物，其 具有短的连接臂，通常长两个碳原子和两个氧原子，用于牙用修复配制剂 中。

美国专利No.4,110,184公开了包含氨基甲酸酯的预聚物与羟烷基(甲 基)丙烯酸酯的反应，和这些材料用于牙用填充组合物配制剂的用途。优 选短臂，长两个碳原子，连接(甲基)丙烯酸酯基团和氨基甲酸酯核心。

美国专利No.3,931,678描述了氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体，其由 有机聚异氰酸酯和包含活性羟基或胺基团的可聚合(甲基)丙烯酸酯反应而 形成，和这些材料在牙用填充复合物中的用途。在这种情况下，连接臂限 于八个碳原子或者更短的烷基链。

美国专利No.4,952,241公开了包含氨基甲酸酯基团的(甲基)丙烯酸衍 生物，其通过如下方法制备：二-(甲基)丙烯酸酯与二异氰酸酯反应，然后 与多醇反应；而且公开了这些化合物在牙用材料中的用途。

美国专利No.4,182,829中描述了牙用印模材料，其为二-或三-异氰酸 酯与二羟基和不饱和单羟基试剂组合的反应产物。

美国专利No.4,691,045公开了特定的(甲基)丙烯酸酯低聚物，及其在 生成不饱和氨基甲酸酯中的用途，所述氨基甲酸酯能用作可固化涂层和粘 合剂组合物。

美国专利No.3,825,518公开了氨基甲酸酯二(甲基)丙烯酸酯作为单体 在牙用填充材料中的用途，其中(甲基)丙烯酸酯与氨基甲酸酯核心之间的 连接臂是亚烷基基团。优选的材料具有包含2至10个碳原子的亚烷基基 团。

上述参考文献中描述的使用氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯生成的牙用复 合物不能充分满足牙用复合材料所需单体对于效率和效果的要求，所述牙 用复合材料应该兼具收缩率降低和粘度足够低的性质，具有高的聚合速 度，和可接受的机械性质。我们已经发现，本文所述的氨基甲酸酯(甲基) 丙烯酸酯单体具有相对较长的、构象灵活的臂，而不是如前所启示的短臂， 能够符合这一要求。

发明总述

在第一方面，本发明是未固化的牙用复合材料，其包含

(a)包含下述表达式的至少一种化合物的组合物：

其中：

n＝0至5；

R¹和R²各自独立地为H或甲基；

R⁵和R⁶为独立选择的二价有机基团，其各自包含1-20个碳原子；

独立地选择每个Q¹并且为包含1-50个碳原子的二价有机基团；

各自独立地选择Z¹和Z²，并且用下述表达式表示

其中i＝2-10；

g和h各自独立地为0或1，条件是g和h中至少一个非零；而且X 和Y各自独立地为H或C₁-C₄烷基基团；

各自独立地选择R³和R⁴，用下述表达式表示

其中X和Y如上所定义，p、q和r各自独立地为0-50，条件是如果p非 零，那么q或r中至少一个必须非零，s为2至10，而且链中碳原子总数 必须大于或等于9。

(b)至少10wt％的射线不透过性填料；和

(c)聚合引发剂。

在另一方面，本发明是上述未固化的牙用复合物，其中成分(a)主要由 至少一种式I的化合物组成，其中n＝0。

在另一方面，本发明是包含组合物的未固化的牙用复合物，所述组合 物包含至少一种式I的化合物，至少一种聚合引发剂化合物，至少一种填 料，和至少一种不是式I的额外的可聚合(甲基)丙烯酸酯。

发明详述

在本申请的上下文中，使用了很多术语。

本文使用的术语“牙用复合材料”指能用于修补牙齿中或与牙齿有关 的天然或诱导产生的残缺的组合物。这些材料的实例是填充材料、重建材 料、修补材料、冠桥材料、嵌体、高嵌体、贴面、牙齿粘合剂、牙齿、牙 面、窝沟封闭剂、接合剂、义齿基托和义齿衬底材料、矫正夹板材料，和 用于矫正装置的粘合剂。

术语“未固化的牙用复合材料”特定地指进行固化过程之前的这些材 料。

如本文所使用的，术语“异氰酸酯”表示包含单价基团-NCO的化合 物。

如本文所使用的，术语“氨基甲酸酯”指包含二价基团-NH-CO-O- 的化合物。

如本文所使用的，术语“烷基”表示通过从任何碳原子去除氢原子而 由烷烃衍生而来的单价基团：-C_nH_2n+1，其中n≥1。

如本文所使用的，术语“亚烷基”表示通过去除两个氢原子而由烷烃 衍生而来的二价基团：-C_nH_2n-，其中n≥1。

如本文所使用的，术语“碳环”表示具有或涉及包含碳原子的环，或 者由其表征。

如本文所使用的，术语“(甲基)丙烯酸类”、“(甲基)丙烯酰”和“(甲 基)丙烯酸酯”分别指甲基丙烯酸类和丙烯酸类、甲基丙烯酸酯和丙烯酸 酯，以及甲基丙烯酰和丙烯酰。

如本文所使用的，术语“丙烯酰”和“甲基丙烯酰”分别指单价基团

如本文所使用的，术语“可聚合的(甲基)丙烯酸酯成分”表示带有(甲 基)丙烯酸酯基团的一种或更多材料，以使得所述材料能进行自由基聚合。

如本文所使用的，在本文所述的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯中，术语 “臂”表示，将氨基甲酸酯基团与(甲基)丙烯酰基团相连的线性部分。“长” 臂包含至少11个链中碳原子。“链中”原子是原子的线性共价连接中的一 个原子。

如本文所使用的，术语“二醇”表示每个分子具有两个羟基(-OH) 基团的有机化合物。

如本文所使用的，术语“己内酯”表示ε-己内酯，CAS注册号#502-44-3：

如本文所使用的，术语“1，4-环己烷二甲醇”指CAS注册号#105-08-8 指定的材料：

如本文所使用的，当用于描述组合物时，单词“包含”或“包括”表 示所述组合物含有述及的组分，但是可以包括未述及的其它组分。

如本文所使用的，当用于描述组合物时，表达方式“主要由......组成” 表示所述组合物包含述及的组分，但是可以包括痕量的杂质，所述杂质不 会对述及组分的功能产生实质的影响。

当本文叙述数值范围时，无论是否另外说明，所述范围意欲包括其端 点，和范围中的所有整数与分数(只要上下文允许)。

氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯

本发明提供包含组合物的牙用复合材料，所述组合物包含式I的至少 一种氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯化合物，

其中：n＝0至5；R¹和R²各自独立地为H或甲基；

R⁵和R⁶为独立选择的二价有机基团，其各自包含1-20个碳原子；

独立地选择每个Q¹，为包含1-50个碳原子的二价有机基团；

各自独立地选择Z¹和Z²，用下述式表示

其中i＝2-10；

g和h各自独立地为0或1，条件是g和h中至少一个非零；而且X 和Y各自独立地为H或C₁-C₄烷基基团；

各自独立地选择R³和R⁴，用下述式表示

其中X和Y如上所定义，p、q和r各自独立地为0-50，条件是如果p非 零，那么q或r中至少一个必须非零，s为2至10，而且链中碳原子的总 数必须大于或者等于9。

式I的化合物的“臂”是Z¹-R³和Z²-R⁴链段。

优选R¹和R²各自为甲基。

优选R⁵和R⁶各自独立地选自下述二价基团

优选地，每个Q¹是包含1个或者更多环的二价有机基团，例如，

更优选地，每个Q¹是包含1个或者更多环和至少一个链中醚或酯基 团的二价有机基团，例如，

其可以通过US 5,159,047中所述方法制备，其中a和b各自独立地为0至 6的整数，而且a+b＝2-6。

另一个优选的Q’二价基团是

式I的化合物的实例非限制性地包括：

UM-1：其中n＝1-5；R¹和R²各自为甲基；对于基团Z¹和Z²，g＝0， i＝0，h＝1而且X和Y各自为H；对于基团R³和R⁴，p＝0，q＝0，r＝1-5和 s＝5；而且R⁵和R⁶各自为

而且Q₁为

UM-2：其中n＝1-5；R¹和R²各自为甲基；对于基团Z¹和Z²，g＝0， i＝0，h＝1，而且X和Y为H或者甲基，只要X和Y不相同；对于基团 R³和R⁴，p＝0，q＝1-11，r＝0，s＝0，X和Y为H或者甲基，只要X和Y 不相同；而且R⁵和R⁶各自为

而且Q₁为

其中a和b各自独立地为0至6的整数，而且a+b＝2-6。

UM-3：其中n＝1-5；R¹和R²各自为甲基；对于基团Z¹和Z²，g＝0， i＝0，h＝1，X和Y为H或者甲基，只要X和Y不相同；对于基团R³和 R⁴，p＝0，q＝1-11，r＝0，s＝0，X和Y为H或者甲基，只要X和Y不相同； 而且R⁵和R⁶各自为

而且Q₁为

本发明提供包含组合物的牙用复合材料，所述组合物包含至少一种式 I的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯。式I的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的一个 子集是其中n＝0的化合物，即式II的化合物：

其中R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、Z¹和Z²如上所述。

式II的化合物的实例非限制性地包括：

UM-4：其中R¹和R²各自为甲基；对于基团Z¹和Z²，g＝0，i＝0，h＝1， 而且X和Y各自为H；对于基团R³和R⁴，p＝0，q＝0，r＝1-5，和s＝5；而 且R⁵为

UM-5：其中R¹和R²各自为甲基；对于基团Z¹和Z²，g＝0，i＝0，h＝1， X和Y为H或者甲基，只要X和Y不相同；对于基团R³和R⁴，p＝0，q＝1-11， r＝0，s＝0，X和Y为H或者甲基，只要X和Y不相同；而且R⁵为

UM-7：其中R¹和R²各自为甲基；对于基团Z¹和Z²，g＝0，i＝0，h＝1， X和Y各自为H；对于基团R³和R⁴，p＝0，q＝0，r＝1-5，和s＝5；而且 R⁵为

也可以使用混合的(甲基)丙烯酸酯产生包含式I的化合物的氨基甲酸 酯(甲基)丙烯酸酯牙用复合材料。在一个这样的实例中，R¹和R²各自为 甲基，而且R⁵为下述物质的等摩尔混合物

对于臂的一半，其中包括末端的(甲基)丙烯酸酯基团，在Z¹和Z²基 团中，g＝0，i＝0，h＝1，而且X和Y各自为H；对于基团R³和R⁴，p＝0， q＝0，r＝1-5和s＝5。对于臂的另一半，其中包括末端的(甲基)丙烯酸酯基 团，在Z¹和Z²基团中，g＝0，i＝0，h＝1，而且X和Y为H或者甲基，只 要X和Y不相同；在R³和R⁴基团中，p＝0，q＝1-11，r＝0，s＝0，而且X 和Y为H或者甲基，只要X和Y不相同。

这些氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯化合物通过下述反应产生：异氰酸酯 或异氰酸酯低聚物与含羟基的(甲基)丙烯酸酯单体反应，产生氨基甲酸酯 甲基丙烯酸酯。

式I的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯化合物，其中n＝0-5，可以通过包含 下述步骤的过程产生：

(a)在反应容器中按期望比例装入选择的二醇和二异氰酸酯，

(b)在干燥空气流下，以二至六小时的时间段在搅拌下加热至 40-120℃，

(c)以10分钟至两小时的时间段滴加含羟基的(甲基)丙烯酸酯，

(d)当根据IR光谱或者异氰酸酯滴定判断异氰酸酯末端基团消耗完 全时停止反应，和

(e)将反应产物冷却至室温。

这个合成方案通常将产生式I的化合物的混合物，所述化合物在式的 n值上有差异。

式II的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯化合物可以通过包含下述步骤的过 程产生：

(a)在反应容器中装入期望的二异氰酸酯和催化剂(优选二月桂酸二 丁基锡)，

(b)在干燥空气流下，搅拌加热至70-100℃，

(c)以30分钟至两小时的时间段滴加含羟基的(甲基)丙烯酸酯，

(d)当根据IR光谱或者异氰酸酯滴定判断异氰酸酯试剂消耗完全时 停止反应，和

(e)将反应产物冷却至室温。

在上述过程中有用的典型聚合催化剂包括，但不限于，二月桂酸二丁 基锡、二乙酸二丁基锡、Sn(2-乙基己酸)₂、Sn(正辛酸)₂；对甲苯磺酸；和 甲磺酸。优选锡(II)催化剂。

可以用于产生本文所述的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的异氰酸酯包 括，但不限于，4，4’-亚甲基双(环己基)异氰酸酯、异福尔酮二异氰酸酯， 和六亚己基二异氰酸酯(“HMDI”)。异福尔酮二异氰酸酯可从Bayer MaterialScience LLC(Pittsburgh，Pennsylvania)以购得。

可以用于产生本文所述的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的异氰酸酯低聚 物包括，但不限于，由异福尔酮二异氰酸酯和1，4-环己烷二甲醇形成的低 聚物；由异福尔酮二异氰酸酯和1，4-环己烷二甲醇-己内酯加合物形成的低 聚物；及其混合物。

可以用于产生本文所述的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的含羟基(甲基) 丙烯酸酯单体包括，但不限于，聚己内酯-2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯；聚 丙二醇单甲基丙烯酸酯；和聚丙二醇共乙二醇单甲基丙烯酸酯。

我们已经发现，本文所述的氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体(其具有 相对较长、构象灵活的臂，而不是以前启示的短臂)中每个双键的分子量 较高，其通常会导致更低的收缩率，和相对低的粘度，使处理更容易。这 些单体在产生牙用复合物中有用，经常不需要活性稀释剂，而很多短臂的 二氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯单体都需要活性稀释剂。这些长臂单体保持 了优秀的机械性质，所述性质是基于氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯的复合物 的特性，而且这些单体具有改进的收缩率和处理特性。单体每个双键具有 更高的分子量，而且因为粘度相对较低而对活性稀释剂的需要降低，两者 的组合使得可以形成更好的牙用复合物。这可以如此证明：比较由长臂单 体如UM-4和UM-5产生的复合物，和由短臂单体UM-6产生的复合物的 相对处理数值(参见表1中的实施例23、24、25(比较))。

其它可聚合的(甲基)丙烯酸酯

如本领域技术人员所熟知的，当配制牙用复合物时，必须引入很多性 质。只用一种单体引入所有这些性质是很困难的，所以在组合物中通常使 用不止一种单体。因此除了式I的化合物，未固化的牙用复合材料中存在 其它不是式I的可聚合的(甲基)丙烯酸酯。这些额外的可聚合(甲基)丙烯酸 酯化合物可以包括单官能化合物和多官能化合物，其中“单官能”表示具 有一个(甲基)丙烯酸基团的化合物，而“多官能”表示具有不止一个(甲基) 丙烯酸酯基团的化合物。选择加入何种可聚合(甲基)丙烯酸酯取决于生成 的复合物的所有期望的性质，比如处理的容易程度、外观、机械强度、折 射率等。

多官能(甲基)丙烯酸酯化合物的实例非限制性地包括，2，2’-双[4-(2- 羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基)苯基]丙烷(“Bis-GMA”)；乙氧基化双酚A 二甲基丙烯酸酯(“EBPDMA”)；1，6-双-[2-甲基丙烯酰氧基乙氧基羰基氨 基]-2，4，4-三甲基己烷(“UDMA”)；二甲基丙烯酸十二烷二醇酯 (“D₃MA”)；二甲基丙烯酸三乙基乙二醇酯(“TEGDMA”)；1，1，1-三[4-2- 甲基-2-甲基丙烯酰氧基乙氧基-苯基]乙烷(“THPE PO MA”)；和丁二酸、 次乙基三[4，1-亚苯氧基(2-羟基-3，1-丙烷二基)]三[2-[(2-甲基-1-氧代-2-丙烯 基)氧基]乙基]酯(“THPE GE Su-HEMA”)、环己烷二甲醇-聚己内酯二甲 基丙烯酸酯：

其中n和m均独立地为0-10的整数(该化合物，本文称作 “DM-CL-CHDM”，可以由CL-CHDM通过美国专利申请11/431773中所 述过程产生)，和二甲基丙烯酰氧基乙氧基化9，9’-双(4-羟苯基)芴单体 (“DMEHBF”)。

DMEHBF的合成如Culbertson，B.M.；Tiba，A.；Sang，J.；Liu，Y.N.， Polym.Adv.Technol.1999，10，275-281中所述。

能引入的一类特定的可聚合(甲基)丙烯酸酯是这类可聚合(甲基)丙烯 酸酯：其折射率高于未固化牙用复合物中所用的式I的组合物的折射率。

在优选的未固化牙用复合物中，式I的化合物(n＝0至5)和不用式I 表示的其它可聚合(甲基)丙烯酸酯使用的重量比例从约25∶75至75∶25。以 这样的重量比例，未固化的牙用复合物的粘度足够低，使填料可以加入并 充分混合。生成的材料在固化时表现出相对较低的收缩率和好的机械性 能。

聚合引发剂化合物

本发明的组合物还包含聚合引发剂。合适的聚合引发剂化合物包括过 氧类引发剂，比如过氧化苯甲酰、过氧化二枯基、月桂基过氧化物、氢过 氧化三丁基，和本领域技术人员熟悉的其它材料。也可以使用偶氮类引发 剂，比如2，2’-偶氮双(异丁腈)、2，2’-偶氮双(2，4-二甲基戊腈)、2，2’-偶氮双 (2-甲基丁腈)，和4，4’-偶氮双(4-氰基戊酸)。

优选的引发剂系统为光引发剂，即，由光活化的引发剂系统。一个实 例是光敏剂樟脑醌，其与作为共引发剂的叔胺协同作用，所述叔胺如乙基 二甲基氨基苯甲酸酯或者二甲基氨基乙基甲基丙烯酸酯。

聚合引发剂(可选地和光敏剂一起)能在从约0.1重量％至约5重量 ％的范围内使用，优选从约0.2重量％至约3重量％，和更优选从约0.2 重量％至约2重量％。百分比基于未固化牙用复合物的总重量计算，不 包括填料。

填料

本发明的组合物还包含至少10wt％的射线不透过性填料。可以在本文 所述的未固化牙用复合物中使用的一类填料是无机填料。优选的无机填料 包括硅酸钡铝、硼硅酸钡铝、三氟化镱、玻璃珠、二氧化硅、石英、硼硅 酸盐、氧化铝、水合硅酸铝，和硅酸锶铝。也可以使用无机填料的混合物。 无机填料的平均粒度优选为约0.1至15μm。

可以在本文所述的未固化牙用复合物中使用的另一类填料是有机填 料。合适的有机填料包括预聚合的填料(“预聚合”指有机单体已经聚合 产生有机树脂，在将所述有机树脂包括进本发明的未固化牙用复合物之 前，可选地可将其碾磨)。这些预聚合的填料可以单独包括进本文所述的 未固化牙用复合物中，或者与无机填料组合。这些预聚合的填料也可以可 选地包含如上所述的无机填料。

本文所述的未固化牙用复合物中填料的总数可以为约10重量％至约 90重量％，优选为约40重量％至约90重量％，和更优选为约50重量％至 约85重量％。所述百分比基于未固化牙用复合物的总重量计算。

其它可选的组分

除了上述成分，复合材料还可以包含其它可选的组分。这些可以包含 活化剂、颜料、稳定剂、流变学控制剂、抗氧化剂，和其它材料。

本文所述的未固化牙用复合材料可以使用本领域已知的任何混合装 置制备。这些装置包括，但不限于，辊磨机、振动混合机、西格玛混合机、 行星式混合机、SpeedMixers^TM(来自Flack Tek，Inc.，Landrum，South Carolina)、挤出机、Buss Kneaders(Coperion Holding GmbH，Stuttgart， Germany)和Brabender(Intellitorque，Brabender，Hackensack， New Jersey)。

本发明的牙用复合材料可以用于填补牙洞。其它处理可以包括牙齿的 预防、修复或美化过程。通常地，并不将所述方法限于特定顺序的步骤， 将牙用复合材料置于牙齿组织(天然或者合成的)上，固化，并在必要时 定型，使其符合目的牙齿组织的形状。牙齿组织包括，但不限于，釉质、 象牙质、牙骨质、牙髓、牙骨，和牙龈。

牙用复合材料还可以用作牙齿粘合剂、预处理剂(primer)、连接剂、 窝沟封闭剂、水泥、义齿基底和义齿底衬材料、矫正夹板材料，和用于矫 正装置的粘合剂。所述材料还可以用于制成桥、冠、嵌体、高嵌体、贴面 和牙面。本发明的材料还可以用于义齿替换或者修复各种硬体组织，如牙 骨，也可以在外科手术，特别是口腔外科手术中为重建目的而使用。

实施例

本发明在下述实施例中进一步定义。应该理解，这些实施例，描述的 是本发明的优选实施方案，仅以例证的方式给出。由上述讨论和这些实施 例，本领域的技术人员能确定本发明的主要特性，而且在不背离其精神和 范畴的情况下，能做出本发明的各种改变和修正，使其适合于各种用途和 条件。

缩写

缩写的意义如下：“h”表示小时，“min”表示分钟，“mL”表示毫升， “m”表示米，“cm”表示厘米，“mm”表示毫米，“μm”表示微米，“g” 表示克，“mol”表示摩尔，“mmol”表示毫摩尔，“RPM”表示每分钟的 转数，“wt％”表示重量百分比，“mW”表示毫瓦，“MPa”表示兆帕斯卡， “d50”表示50％的颗粒的直径小于指定大小，“NMR”表示核磁共振光 谱，“IR”表示红外光谱，“TEGDMA”表示二甲基丙烯酸三乙二醇酯， “CQ”表示樟脑醌，“EDB”表示4-二甲基氨基苯甲酸乙基酯、“MEHQ” 表示4-甲氧基苯酚，和“6-EO”表示乙氧基化(6)双酚A。

材料

异福尔酮二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯获自 Bayer MaterialScience LLC(Pittsburgh，Pennsylvania)。聚丙二醇单甲基丙烯 酸酯由The Sartomer Company(Exton，Pennsylvania)提供。4-羟丁基甲基丙 烯酸酯、4-甲氧基苯酚(“MEHQ”)、聚己内酯2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯， 和二月桂酸二丁基锡获自Aldrich Chemical Company(Milwaukee， Wisconsin)。己内酯获自Dow Chemical Company(Midland，Michigan)。1，4- 环己烷二甲醇(CAS#105-08-9，Eastman产品编号#CHDM-D)获自Eastman Chemical Company(Kingsport，Tennessee)。二甲基丙烯酸三乙二醇酯 (“TEGDMA”)获自EssTech(Essington，Pennsylvania)，产品编号 X943-7424，由氢醌(50-70ppm)抑制。光敏剂获自Aldrich Chemical Company(Milwaukee，Wisconsin)：樟脑醌(97％，目录号#12，489-3)和4- 二甲基氨基苯甲酸乙基酯(99+％，目录号#E2，490-5)。OX-50 气相二氧化硅获自Degussa(Dusseldorf，Germany)。Schott 8235UF1.5玻璃 粉获自Schott AG(Mainz，Germany)；它的平均直径d50为1.5μm，用 C₁₀H₂₀O₅Si处理至含2.3wt％水平的硅烷。R972疏水性气相二氧 化硅获自Degussa(Dusseldorf，Germany)。Schott GM 27884玻璃粉(d50＝0.7 μm，6wt％硅烷化)获自Schott AG(Mainz，Germany)。乙氧基化(6)双酚A (“6-EO”)获自the Sartomer Company(Exton，Pennsylvania)。CL-CHDM 根据US 5,159,047中所述方法制备。

牙用复合物制备

通过下述方法制备复合物：在表1中选择的单体中溶解1.3wt％光引 发剂樟脑醌(CQ)和2.6wt％共引发剂4-二甲基氨基苯甲酸乙基酯(EDB)； 然后加入20wt％OX-50气相二氧化硅和280wt％硅烷化的Schott 8235玻 璃(所有重量百分比基于单体的质量计算)，实施例10除外，其中加入 11.2wt％硅烷化的Schott 8235玻璃，而不加入气相二氧化硅；最后将样品 在60至70℃烘箱储存约10分钟后，用DAC 150FVZ-K FlackTek SpeedMixer^TM(FlackTek Inc.，Hauschild，Germany)以3500RPM将所有组分 混合30秒。

测试方法

机械测试

根据ISO 4049进行弯曲强度测试。根据ASTM聚合物标准(ASTM D5045)和ASTM陶瓷标准(ASTM C1421，预裂纹法)进行断裂韧性测 试。在室温和环境湿度，使用三点式抗弯夹具(跨高比为10)，以0.5mm/min 的测试速度进行测试。使用ISO 4049指定的弯曲棒模将样本模制。在样 本的一半深度位置产生预裂纹。对测试过程做了两处修正。第一处是使用 比ASTM C1421标准中推荐的尺寸更小的测试样本(用2mm×2mm×25 mm代替推荐的最小尺度3mm×4mm×20mm)。第二处是使用圆犁刀加 工预裂纹。刀厚0.31mm，有9°的单边斜坡。修正后的测试过程产生的预 裂纹与使用ASTM D5045中推荐的技术产生的预裂纹相当。

将未固化的糊剂装入不锈钢模具(2mm×2mm×25mm)。装好的模 具两边都用聚酯片夹住，然后夹上玻璃板。通过使用三盏800牙科用灯(DENTSPLY International，York，Pennsylvania)照射每边1 分钟，每盏灯用8-mm灯泡，800mW/cm²，将用模具定好型的棒固化。 每次断裂韧性和弯曲强度测试使用五条棒。使用前将这些棒储存在玻璃小 瓶中，测试前将条件调节为在水中37℃保存24h。

处理测试

将0.2mL未固化的糊剂夹在聚酯片中间，然后再夹入玻璃板 中间。然后将这种装配组合加上30秒钟5kg负载。在测试结束时，测量 复合物盘的直径。用下述公式计算最终的处理数值：

用linometry测量的收缩率

使用linometer方法测量复合物收缩率，这是修正的Watts & Cash方 法(Watts，D.C.，Cash，A.J.，Kinetic measurements of photo-polymerization contraction in resins and composites.Meas.Sci.Technol.1991，2，788-794)。 每种复合物测试三个样本。通过在显微镜载玻片上使用15mm直径的盖 片，将约0.35g样本材料压成12mm直径的盘。样本厚约1.4mm。通过 Mititoyo VL-50A Litematic，数字高度指示仪，即linometer，测量材料初 始高度(H_o)和固化2分钟后的最终高度(H_f)。用13-mm的800 牙科用灯(DENTSPLY International，York，Pennsylvania)，以800mW/cm²， 在顶部将样本固化2分钟。用下述公式计算收缩率：

实施例1

UM-1的制备

将16.2g 1，4-环己烷二甲醇装入250mL圆底烧瓶，所述烧瓶配有机 械搅拌器、加料漏斗和冷凝器。加入50.0g异福尔酮二异氰 酸酯，将混合物加热至50℃，并保持六小时，得到白色、粘稠的太妃糖 样的材料。将反应混合物冷却过夜。然后将反应混合物加热至60℃，五 分钟后加入54.9g聚己内酯2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯。然后将反应混合物 加热至70℃，并在这个温度稳定保持六小时。IR分析显示产物不包含残 余的异氰酸酯。将产物冷却，得到透明玻璃。

实施例2

UM-2的制备

将156.6g CL-CHDM和143.0g异福尔酮二异氰酸酯加 入500mL圆底烧瓶，所述烧瓶配有机械搅拌器、加料漏斗和冷凝器。在 干燥空气流下将反应混合物加热至70℃，并保持五小时，然后在室温保 持17小时。将反应混合物重新加热至70℃，先用二月桂酸二丁基锡(0.2 g)处理，然后在五分钟内加入235g聚丙二醇单甲基丙烯酸酯。将得到 的反应混合物在70℃另外保持十四小时，然后冷却，得到粘稠油。IR分 析显示没有异氰酸酯条带。

实施例3

UM-3的制备

将异福尔酮二异氰酸酯(80g，0.36mol)装入500mL 圆底烧瓶，所述烧瓶配有机械搅拌器、加料漏斗和冷凝器。加入1，4-环己 烷二甲醇(26g，0.18mol)，将混合物加热至78℃，加热约一小时，然后 冷却过夜。在干燥空气流下将反应混合物重新加热至76℃，先用二月桂 酸二丁基锡(两滴)处理，然后在两小时中滴加聚丙二醇单甲基丙烯酸酯 (145g，0.39mol)。将反应混合物在70℃另外搅拌加热一小时。在这时， IR分析表明活性异氰酸酯几乎完全消耗。

实施例4

UM-4的制备

在干燥空气下，向二环己基甲烷二异氰酸酯(50.0g，0.190mol)和 二月桂酸二丁基锡(一滴)的搅拌溶液中滴加聚己内酯2-(甲基丙烯酰氧 基)乙酯(92.0g，0.378mol)，持续60分钟。将得到的反应混合物在干燥 空气流下，于70℃另外搅拌9小时，溶液中还有一些未反应的异氰酸酯 试剂。加入甲醇(1.5mL)，将反应物在70℃另外加热五小时，然后冷却 至室温，得到终产物。终产物的IR光谱显示在2267cm^-1(NCO伸展)附 近几乎没有峰，说明二环己基甲烷二异氰酸酯试剂已经消耗。另外，3342 cm^-1(氨基甲酸酯N-H伸展)附近的强信号和1637cm^-1(甲基丙烯酸酯 双键)处较弱的峰都出现在IR光谱中。

实施例5

UM-5的制备

在干燥空气下，向二环己基甲烷二异氰酸酯(30.0g，0.114mol)和 二月桂酸二丁基锡(四滴)的搅拌溶液中滴加聚丙二醇单甲基丙烯酸酯 (83.5g，0.229mol)，持续60分钟。将得到的反应混合物在干燥空气流 下，于100℃另外搅拌两小时，然后冷却至室温，得到终产物。终产物的 IR光谱显示在2267cm^-1(NCO伸展)附近没有峰，说明二环己基甲烷二 异氰酸酯试剂的完全反应。另外，3342cm^-1(氨基甲酸乙酯N-H伸展) 附近的强信号和1637cm^-1(甲基丙烯酸酯双键)处较弱的峰都出现在IR 光谱中。¹H NMR光谱(在CDCl₃中)中乙烯基质子共振落在5.5(1H) 和6.1(1H)ppm附近，证实在终产物中存在末端甲基丙烯酸酯基团。

实施例6(比较)

UM-6的制备

在干燥空气下，在95℃向二环己基甲烷二异氰酸酯(78.7g，0.300 mol)和二月桂酸二丁基锡(一滴)的搅拌溶液中滴加4-羟丁基甲基丙烯 酸酯(95g，0.60mol)和MEHQ(0.031g，0.25mmol)，持续40分钟。 将得到的反应混合物在干燥空气流下，于95℃搅拌总共8小时，然后冷 却至室温，得到终产物。终产物的IR光谱显示在2267cm^-1(NCO伸展) 附近几乎没有峰，说明二环己基甲烷二异氰酸酯试剂已经消耗。另外，3350 cm^-1(氨基甲酸酯N-H伸展)附近的强信号和1637cm^-1(甲基丙烯酸酯 双键)处较弱的峰都出现在IR光谱中。¹H NMR光谱(在CDCl₃中)中 乙烯基质子共振落在5.5(1H)和6.1(1H)ppm附近，证明在终产物中 存在末端甲基丙烯酸酯基团。

实施例7

UM-7的制备

将异福尔酮二异氰酸酯50g装入250mL圆底烧瓶，所 述烧瓶配有机械搅拌器、加料漏斗和冷凝器。加入一滴二月桂酸二丁基锡， 将反应加热至70℃。通过加料漏斗在一小时内加入聚己内酯2-(甲基丙烯 酰氧基)乙酯110.0g。反应在70℃加热共12小时。IR分析表明存在较少 的N＝C＝O条带。加入0.5mL甲醇，继续加热一小时。将反应冷却，得到 粘稠油，其Gardner-Holt粘度约为Z-6。

实施例8

使用混合的甲基丙烯酸酯制备氨基甲酸酯甲基丙烯酸酯牙用复合材料

在干燥空气中，在65℃向二环己基甲烷二异氰酸酯(30.0g，0.114 mol)、异福尔酮二异氰酸酯(36.8g，0.166mol)和二月桂酸 二丁基锡(一滴)的搅拌溶液中滴加聚丙二醇单甲基丙烯酸酯(83.5g， 0.229mol)和聚己内酯-2-(甲基丙烯酰氧基)乙酯(77.6g，0.332mol)的 混合物，持续40分钟。将得到的反应混合物在干燥空气流下，于85℃搅 拌共8小时，然后冷却至室温，得到终产物。终产物的IR光谱显示在2267 cm^-1(NCO伸展)附近没有峰，说明异氰酸酯试剂完全反应。另外，3350 cm^-1(氨基甲酸酯N-H伸展)附近的强信号和1637cm^-1(甲基丙烯酸酯 双键)处较弱的峰都出现在IR光谱中。¹H NMR光谱(在CDCl₃中)中 乙烯基质子共振落在5.5(1H)和6.1(1H)ppm附近，证明在终产物中 存在末端甲基丙烯酸酯基团。

实施例9

除了使用15wt％R972和285wt％Schott GM 27884作为填料 之外，如上所述制备复合物糊剂。复合物由UM-1、6-EO和DMEHBF以 50∶25∶25的重量比例组成。复合物显示的断裂韧性为1.85MPa·m^0.5，弯曲 强度为122MPa，收缩率为1.50％和处理数值为2.2。

实施例10-25(比较)

使用表1所述单体计重量比例，如上所述制备未固化的牙用复合材 料。如上所述测量收缩率、弯曲强度、断裂韧性和处理数值。结果示于表 1中。

表1

实施例    单体            Wt％填 收缩率(％) 弯曲强  断裂韧性   处理

          混合物          料                度      MPa·m^1/2  数值

          (重量比例)                        MPa

10        UM-1            10     1.54       102     2.82       5.3

11        UM-2            75     1.26       41      0.55       5.6

12        UM-1/UM-270/30  75     0.83       113     2.33       0.2

13        UM-3/UM-250/50  75     1.38       48      0.76       5.2

14        UM-1/UM-310/90  75     1.26       97      1.95       2.7

15        UM-1/6-EO 60/40 75     1.64       152     2.64       4.6

16        UM-1/DM-CL-CH   75     2.26       107     1.89       5.3

          DM 50/50

17        UM-1/UM-570/30  75     1.09       118     1.71       1.4

18        UM-2/DM-CL-CH   75     2.15       46      0.71       11.7

          DM 50/50

19        UM-7            75     1.96       138     2.65       7.1

20        实施例8产物     75     2.03       76      1.51       9.6

21        UM-7/DM-CL-CH   75     2.89       112     2.04       13.6

          DM 50/50

22        UM-5/DM-CL-CH   75     2.55       59      0.851      4.7

          DM 50/50

23        UM-4            75     1.91       135     2.36       5.3

24        UM-5            75     2.00       63      1.06       11

25        UM-6            75     1.23       91      1.17       2.5

(比较)