Стоматологическая полимерная композиция
Владельцы патента RU 2375039:
Закрытое акционерное общество "Опытно-экспериментальный завод "ВладМиВа" (RU)
Изобретение относится к стоматологическим материалам и может быть использовано в качестве пломбировочного материала для восстановления и реставрации анатомической формы зуба. Стоматологическая полимерная композиция содержит метакриловые производные полиарилоксифосфазена, бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА), триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ), ионол, камфорохинон, 4-этилдиметиламинобензоат, аэросил и бариевый стеклонаполнитель при определенном соотношении компонентов. Метакриловые производные полиарилоксифосфазена имеют общую формулу
в которой Ar - дифенилолпропановый радикал; R - метакрилатный радикал; n - целое число от 1 до 100. Композиция стабильна при хранении, при этом обладает высокими прочностными характеристиками, низким водопоглощением и водорастворимостью. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к стоматологическим материалам и может быть использовано в качестве пломбировочного материала для восстановления и реставрации анатомической формы зуба.
Известны композиционные стоматологические материалы (патент США № 4579880 от 01.08.1986 г., взятый за прототип), в состав которых входят полимеризационноспособные метакрилатные олигомеры, например триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ), активаторы химической полимеризации, наполнители, например силанизированный кварцевый порошок, ингибитор (монометиловый эфир гидрохинона) и полимеризационноспособные фосфазеновые мономеры общей формулы ,
где один из радикалов R1 и R2 (или оба) содержит не менее 3 атомов углерода и способен к сополимеризации с акриловыми мономерами.
Указанные в прототипе фосфазеновые мономеры добавляют в количестве от 20 до 70 мас.% для улучшения физико-механических характеристик композиции и получают, как указано в прототипе (пример №1), взаимодействием гексахлорциклотрифосфазена (ГХФ) с β-гидроксиэтилметакрилатом в присутствии пиридина. Как известно из литературы, сам пиридин способен реагировать с ГХФ с деструктивным расщеплением цикла. При анализе ЯМР31 Р-спектров полученного по прототипу фосфазенового мономера мы установили, что вместо ожидаемого синглета (гексазамещенного ГХФ) или системы сигналов типа А2 В (пять-восемь линий) спектр фосфазенового мономера прототипа представляет собой сложную систему с преобладанием сигналов атома фосфора в группировках Р=О и Р-ОН. Кроме того, получаемые по прототипу фосфазеновые мономеры представляют собой алкокси - производные ГХФ с карбоксильной группой в β-положении, которые являются крайне нестабильными веществами, легко подвергающимися фосфазен-фосфазановой перегруппировке с дальнейшим разрушением фосфазенового цикла.
Поэтому основным недостатком предложенных в прототипе полимеризационноспособных фосфазеновых мономеров является их нестабильность, которая приводит к нестабильности стоматологических композиций, содержащих такие мономеры, особенно при длительном хранении, в том числе и за счет снижения их совместимости с другими компонентами композиции.
Задачей изобретения является создание стабильной при хранении стоматологической полимерной композиции, обладающей при этом высокими прочностными показателями, низким водопоглощением и водорастворимостью.
Предлагается полимерная композиция, содержащая смесь полимеризационноспособных метакрилатных олигомеров, активаторы полимеризации, ингибиторы, наполнители и полимеризационноспособные фосфазеновые соединения, а именно метакриловые производные полиарилоксифосфазена (ПАФ) общей формулы
Новизна предлагаемой композиции заключается в том, что:
- в вышеуказанной формуле Ar - ароматический радикал, предпочтительно дифенилолпропановый; R - ненасыщенный органический радикал, способный к гомо- и сополимеризации с раскрытием двойной связи, предпочтительно метакрилатный; n - целое число от 1 до 100;
- метакриловые производные ПАФ получают путем проведения реакции фенолятов дифенилолпропана с гексахлорциклотрифосфазеном (ГХФ) в среде тетрагидрофурана с последующим переводом получаемого полиарилоксифосфазена в фенолятную форму и взаимодействием с метакрилоилхлоридом;
- в качестве полимеризационноспособных метакрилатных олигомеров используют смесь бисфенолглицидилметакрилата (Бис-ГМА) и триэтиленгликольдиметакрилата (ТГМ). Выбранные метакрилатные олигомеры в сочетании с метакриловыми производными ПАФ позволяют получить прочные, химически стойкие пространственно сшитые полимерные структуры;
- в качестве активатора полимеризации используют фотоинициирующую систему, например смесь камфорохинона и 4-этилдиметиламинобензоата, которая позволяет проводить полимеризацию композиции синим светом длиной волны 450-500 нм в течение 20-40 сек против 1-2 минут в прототипе. Компоненты, составляющие фотоинициирующую систему, хорошо совместимы и стабильны при хранении, что позволяет изготовить стоматологическую композицию в виде одной пасты, в отличие от прототипа, в котором предусмотрено приготовление двух паст для разделения активатора и ингибитора химической полимеризации;
- в качестве наполнителей используют смеси высокодисперсных силанизированных неорганических наполнителей на основе оксидов кремния, алюминия, бария, магния или других, например аэросил (размер частиц 7-40 нм) и силанизированный бариевый стеклонаполнитель (размер частиц 0.4-5.0 мкм). Такое сочетание наполнителей с разным размером частиц позволяет обеспечить плотную «упаковку» частиц в олигомерной матрице, высокий уровень наполненности композиции, а значит, и высокие физико-механические свойства;
- в состав предлагаемой стоматологической полимерной композиции указанные компоненты входят в следующих соотношениях (мас.%):
| Бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА) | 7-18 |
| Триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ) | 5-13 |
| Метакриловые производные полиарилоксифосфазена (ПАФ) | 1-5 |
| Ионол | 0.001-0.005 |
| Камфорохинон | 0.05-0.5 |
| 4-этилдиметиламинобензоат | 0.05-0.5 |
| Аэросил | 0.5-10 |
| Бариевый стеклонаполнитель | до 100 |
Соответствие критерию «изобретательский уровень» подтверждают признаки:
- в качестве полимеризационноспособных фосфазеновых соединений применяют метакриловые производные полиарилоксифосфазена (ПАФ) общей формулы
в которой Ar - ароматический радикал, предпочтительно дифенилолпропановый; R - ненасыщенный органический радикал, способный к гомо- и сополимеризации с раскрытием двойной связи, предпочтительно метакрилатный; n - целое число от 1 до 100.
Преимуществом метакриловых производных ПАФ, входящих в состав предлагаемой полимерной композиции, является их стабильность, они не способны к фосфазен-фосфазановой перегруппировке и более устойчивы термически. Они лучше совместимы с базовыми стоматологическими композициями, например содержащими бисфенолглицидилметакрилат. Функциональностью предлагаемых метакриловых производных ПАФ можно варьировать в широких пределах, изменяя как число ненасыщенных групп R в составном звене, так и длину цепи (число n). Предложенные метакриловые производные ПАФ являются, по-сути, армирующими нанонаполнителями, прочно связываемыми с базовой композицией за счет сополимеризации по ненасыщенным группам R. Длину этих армирующих «нановолокон» можно регулировать значением n, задаваемым при синтезе.
Дополнительным преимуществом по сравнению с прототипом является то, что в базовую стоматологическую композицию достаточно введение предложенных метакриловых производных ПАФ в небольшом количестве 1-5%, что позволяет получить пространственно сшитые полимерные структуры, обладающие пониженными водопоглощением, водорастворимостью и повышенными прочностными характеристиками. В прототипе необходимо введение фосфазенов 20-70%.
Особенно важно то, что полученная стоматологическая композиция обладает хорошей стабильностью свойств при длительном хранении (более двух лет). В таблице приведены физико-механические характеристики стоматологической полимерной композиции, не содержащей метакриловые производные ПАФ (пример 1) и содержащей метакриловые производные ПАФ (пример 2), подтверждающие стабильность предложенной композиции.
Приготовление стоматологической полимерной композиции
Пример 1
В вакуумном гомогенизаторе готовят композицию следующего состава, мас.%:
| Бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА) | 13,085 |
| Триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ) | 8,730 |
| Ионол | 0,005 |
| Камфорохинон | 0,130 |
| 4-этилдиметиламинобензоат | 0,130 |
| Аэросил ОХ-50 (средний размер частиц 40 нм) | 2,080 |
| Бариевый стеклонаполнитель SCHOTT-8235 | |
| (средний размер частиц 0.7 мкм ) | 75,840 |
Полученную в виде пасты стоматологическую полимерную композицию помещают в форму для приготовления образцов, облучают в течение 40 секунд светом длиной волны 400-500 нм при помощи аппарата для светового отверждения стоматологических материалов. Отвержденные образцы стоматологической полимерной композиции погружают в дистиллированную воду и выдерживают в термостате температурой 37±2°С в течение 24 часов. По окончании экспозиции образцов в указанных условиях их подвергают испытаниям по методикам ГОСТ Р 51202-98.
Пример 2
В вакуумном гомогенизаторе готовят композицию следующего состава, мас.%:
| Бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА) | 12,595 |
| Триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ) | 8,400 |
| Метакриловые производные полиарилоксифосфазена | 3,750 |
| Ионол | 0,005 |
| Камфорохинон | 0,125 |
| 4-этилдиметиламинобензоат | 0,125 |
| Аэросил ОХ-50 (средний размер частиц 40 нм) | 2,000 |
| Бариевый стеклонаполнитель SCHOTT-8235 | |
| (средний размер частиц 0.7 мкм) | 73,000 |
Полученную в виде пасты стоматологическую полимерную композицию помещают в форму для приготовления образцов, облучают в течение 40 секунд светом длиной волны 400-500 нм при помощи аппарата для светового отверждения стоматологических материалов. Отвержденные образцы стоматологической полимерной композиции погружают в дистиллированную воду и выдерживают в термостате температурой 37±2°С в течение 24 часов. По окончании экспозиции образцов в указанных условиях их подвергают испытаниям по методикам ГОСТ Р 51202-98.
Стабильность композиции по примеру 2 подтверждают данные проверки ее физико-механических свойств во времени (через разные промежутки времени со дня изготовления композиции), представленные в таблице.
Способ получения полимеризационноспособных метакриловых производных полиарилоксифосфазена ПАФ.
К раствору этилата натрия в безводном этаноле приливают раствор дифенилолпропана в этаноле и после 15-минутного кипячения смеси отгоняют спирт на вакуумно-роторном испарителе. Соотношение этилат натрия/дифенилолпропан выбирают из необходимого соотношения образующихся натриевых и моно- и дифенолятов дифенилолпропана в конечной смеси.
Эту смесь экстрагируют водой, отфильтровывают от оставшегося в осадке дифенилолпропана, а из водного раствора отгоняют на вакуумно-роторном испарителе воду. В остатке получают смесь моно- и дифенолятов дифенилолпропана в соотношении, необходимом для достижения заданного значения n.
К суспензии смеси фенолятов в тетрагидрофуране (ТГФ) приливают при перемешивании раствор ГХФ в ТГФ в мольном соотношении фенолят натрия: ГХФ=8:1. Реакционную смесь кипятят 9 часов, охлаждают, отфильтровывают от образовавшегося хлорида натрия и удаляют из раствора ТГФ. В остатке получают полиарилоксифосфазен (ПАФ) с Mn от 9000 до 20000. Содержание остаточного хлора в ПАФ составляет 2-5%, что соответствует наличию в их составе некоторого количества тетра- и пентазамещенных фосфазеновых циклов.
Полученный ПАФ переводят в фенолятную форму обработкой этилатом натрия:
К суспензии натриевого производного ПАФ в ТГФ по каплям добавляют расчетное количество метакрилоилхлорида, перемешивают 1 час, отфильтровывают хлорид натрия и отгоняют ТГФ. Продукт растворяют в хлороформе, промывают водой и высушивают раствор безводным сульфатом натрия.
После удаления хлороформа в вакууме получают метакриловое производное ПАФ с Mn 20000 и Mw 250000.
Полученный продукт характеризуется наличием сигналов на ЯМР 31Р в области 9,8 м.д. (гексазамещенные трифосфазеновые циклы), а также группы системы АВ2 в пентазамещенных циклах.
| Таблица | |||||
| Физико-механические характеристики полимерных композиций | |||||
| Композиция | Разрушающее напряжение при сжатии (σсж), МПа | Разрушающее напряжение при изгибе (σиз), МПа |
Водопоглощение, мкг/м3 | Водорастворимость, мкг/м3 | |
| Пример 1 | 290 | 96 | 14,2 | 3,0 | |
| Пример 2 | Сразу | 430 | 140 | 8,5 | 0,5 |
| Через 6 мес. | 431 | 138 | 8,2 | 0,4 | |
| Через 16 мес. | 428 | 141 | 8,6 | 0,5 | |
| Через 24 мес. | 428 | 139 | 8,4 | 0,5 |
Приведенные в таблице результаты испытаний образцов стоматологической полимерной композиции заявленного состава показали, что разработанный материал обладает повышенными прочностными показателями, пониженными водорастворением и водопоглощением и проявляет стабильность свойств при хранении.
1. Стоматологическая полимерная композиция, содержащая полимеризационно-способные метакрилатные олигомеры, активаторы полимеризации, ингибитор, наполнители и полимеризационно-способные фосфазеновые соединения, отличающаяся тем, что в качестве полимеризационно-способных фосфазеновых соединений применяют метакриловые производные полиарилоксифосфазена общей формулы
в которой Ar - дифенилолпропановый радикал; R - метакрилатный радикал; n - целое число от 1 до 100, при этом стоматологическая полимерная композиция содержит мас.%:
| Бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА) | 7-18 |
| Триэтиленгликольдиметакрилат(ТГМ) | 5-13 |
| Метакриловые производные полиарилоксифосфазена | 1-5 |
| Ионол | 0.001-0.005 |
| Камфорохинон | 0.05-0.5 |
| 4-Этилдиметиламинобензоат | 0.05-0.5 |
| Аэросил | 0.5-10 |
| Бариевый стеклонаполнитель | до 100 |
2. Стоматологическая полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве полимеризационно-способных метакрилатных олигомеров выступает смесь бисфенолглицидилметакрилата (Бис-ГМА) и триэтиленгликольдиметакрилата (ТГМ), активатором полимеризации является фотоинициирующая система - смесь камфорохинона и 4-этилдиметиламинобензоата, ингибитором является ионол, а в качестве наполнителя используют смесь аэросила и бариевого стеклонаполнителя с разным размером частиц.
3. Стоматологическая полимерная композиция по п.1, отличающаяся тем, что метакриловые производные полиарилоксифосфазена получают путем проведения реакции фенолятов дифенилолпропана с гексахлорциклотрифосфазеном (ГХФ) в среде тетрогидрофурана с последующим переводом получаемого полиарилоксифосфазена в фенолятную форму и взаимодействием с метакрилоилхлоридом.
