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以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法.pdf

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  • 文档编号:8258383
  • 上传时间:2020-03-02
  • 格式:PDF
  • 页数:11
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201210525631.6

    申请日:

    20121207

    公开号:

    CN102973416A

    公开日:

    20130320

    当前法律状态:

    有效性:

    有效

    法律详情:

    IPC分类号:

    A61K6/083,A61K6/027

    主分类号:

    A61K6/083,A61K6/027

    申请人:

    东华大学

    发明人:

    朱美芳,王瑞莉,江晓泽,刘丰维,孙宾,余淼淼

    地址:

    201620 上海市松江区松江新城人民北路2999号

    优先权:

    CN201210525631A

    专利代理机构:

    上海泰能知识产权代理事务所

    代理人:

    黄志达

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    内容摘要

    本发明涉及一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法,包括:(1)利用二氧化硅表面键合基团之间的反应制备二氧化硅团簇;(2)将二氧化硅及其团簇、胺类催化剂和含双键的硅烷偶联剂加入环己烷溶剂中,反应得表面功能化的无机共填料;(3)将表面功能化的无机共填料、有机树脂基体和光引发剂共混均匀,最后光固化40~120s即得。本发明制备工艺简单、易操作,原料价格便宜,适合于工业化生产,得到的齿科修复复合树脂具有较低的聚合收缩率和优异的耐磨性能,有望于临床使用。

    权利要求书

    1.一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法,包括:(1)a、在乙醇中加入二氧化硅和含氨基的偶联剂,然后于60±5°C下机械搅拌过夜,反应结束后离心,分别用乙醇和去离子水洗涤,再于40~60°C真空干燥14~18h,得氨基功能化的二氧化硅;在乙醇中加入二氧化硅和含羧基的偶联剂,然后于60±5°C下机械搅拌过夜,反应结束后离心,分别用乙醇和去离子水洗涤,再于40~60°C真空干燥14~18h,得羧基功能化的二氧化硅;在乙醇中加入二氧化硅和含环氧基的偶联剂,然后于60±5°C下机械搅拌过夜,反应结束后离心,分别用乙醇和去离子水洗涤,再于40~60°C真空干燥14~18h,得环氧基功能化的二氧化硅;b、将上述氨基功能化的二氧化硅、羧基功能化的二氧化硅、环氧基功能化的二氧化硅中的两种分别溶于无水乙醇中,分别得到二者的分散液;然后将二者的分散液混合,机械搅拌,在20~60°C反应24~32h,离心洗涤后于50~80°C真空干燥12~24h,即得二氧化硅团簇;(2)将二氧化硅及其团簇、胺类催化剂和含双键的硅烷偶联剂加入环己烷溶剂中,室温反应20~60min,再于60±5°C搅拌30-40min,去除溶剂后于60±5°C真空干燥18-24h,即得表面功能化的无机共填料;其中所述的二氧化硅及其团簇、胺类催化剂和含双键的硅烷偶联剂的质量比为5:0.1-0.2:0.5-0.8,所述的纳米二氧化硅及其团簇中纳米二氧化硅与其团簇体的质量比5:1-1:1;(3)将表面功能化的无机共填料、有机树脂基体和光引发剂共混均匀,最后光固化40~120s后即得。 2.根据权利要求1所述的一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法,其特征在于:步骤(1)a中所述的二氧化硅的粒径为20~100nm。 3.根据权利要求1所述的一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法,其特征在于:步骤(1)a中所述的含氨基的偶联剂具体为γ-氨丙基三乙氧基硅烷,含羧基的偶联剂具体为3-(3-羧基烯丙酰胺基)丙基三乙氧基硅烷,含环氧基的偶联剂具体为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。 4.根据权利要求1所述的一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法,其特征在于:步骤(1)a中所述的含氨基的偶联剂、含羧基的偶联剂、含环氧基的偶联剂与二氧化硅的用量比分别为0.5~5.0mL:5g、0.5~5.0mL:5g、0.5~5.0mL:5g。 5.根据权利要求1所述的一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法,其特征在于:步骤(1)b中所述的氨基功能化的二氧化硅、羧基功能化的二氧化硅、环氧基功能化的二氧化硅中的两种的用量分别为0.5~3.0g,无水乙醇的用量为10~50mL。 6.根据权利要求1所述的一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法,其特征在于:步骤(1)b中所得到的二氧化硅团簇的粒径为0.04~3.60μm。 7.根据权利要求1所述的一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述的光固化复合树脂中包括20~60wt%的有机树脂基体和40~80wt%表面功能化的无机共填料。 8.根据权利要求1所述的一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述的有机树脂基体以双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯为主单体,加入二甲基丙烯酸三乙二醇酯、双乙氧基双酚-A二甲基丙烯酸酯、氨基甲酸酯双甲基丙烯酸酯中的一种或几种复配使用,其中双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯与其他丙烯酸类单体或单体之和的质量百分比为70:30~40:60。 9.根据权利要求1所述的一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述的光引发剂是主引发剂和助引发剂的混合体系,其中主引发剂为樟脑醌、2,3-丁二酮中的一种;助引发剂为对二甲氨基苯甲酸乙酯、N,N-甲基苯胺中的一种,主引发剂与助引发剂的质量比为1:3-5。

    说明书

    技术领域

    本发明属于齿科用修复材料的制备领域,特别涉及一种以二氧化硅及其团簇为填料的 齿科修复树脂的制备方法。

    背景技术

    复合树脂自二十世纪六十年代中期作为牙体修复材料问世以来,凭借其独特的美学 性、良好的生物相容性、优异的物理-机械性能和方便的操作手感等性能而被广泛地用于前 牙和后牙修复治疗中,并逐渐替代传统的银汞合金,成为广受医生和病人欢迎的牙齿修复 材料。但该类材料目前仍存在一些不足,如聚合收缩率较高、力学性能与牙体不匹配以及 在长期使用过程中耐磨性能较差等问题,这些不足限制了该类材料更为广泛的应用。

    齿科修复复合树脂主要由有机基体、无机填料及光引发剂体系组成,其中有机基体的 组成和无机填料的种类、粒径、填充量等因素是影响复合树脂材料性能的决定性因素。随 着有机合成技术的发展,人们已通过采用新型有机基体使复合树脂的聚合收缩率降低至2% 左右,但是该类单体的合成方法较为复杂,所需试剂价格昂贵,不利于大规模生产,因此 无机填料的研发引起了人们更为广泛的关注。无机填料作为复合树脂的分散相,主要用于 增强复合树脂的物理-机械性能,从早期的大颗粒填料发展到目前常用的混合微填料,这一 发展使得复合树脂的性能得到较大改善,但是该填料中的微米级填料在长期使用过程中会 逐渐脱落,从而在材料表面形成凹坑,严重影响树脂的美观性能。近年来,随着纳米科技 在齿科材料领域中的发展,由小粒子构筑的纳米团簇及其在修复树脂中的应用得到了广泛 的关注,该纳米团簇结构的引入有望赋予材料优异的综合性能。

    发明内容

    本发明所要解决的技术问题是提供一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂 的制备方法,该制备方法简单,适合于工业化生产,得到的齿科修复树脂中有机和无机组 分相容性好。

    本发明的一种以二氧化硅及其团簇为填料的齿科修复树脂的制备方法,包括:

    (1)二氧化硅团簇的制备

    a、功能化二氧化硅的制备

    在乙醇中加入二氧化硅和含氨基的偶联剂,然后于60±5°C下机械搅拌过夜,反应结 束后离心,分别用乙醇和去离子水洗涤,再于40~60°C真空干燥14~18h,得氨基功能化 的二氧化硅;

    在乙醇中加入二氧化硅和含羧基的偶联剂,然后于60±5°C下机械搅拌过夜,反应结 束后离心,分别用乙醇和去离子水洗涤,再于40~60°C真空干燥14~18h,得羧基功能化 的二氧化硅;

    在乙醇中加入二氧化硅和含环氧基的偶联剂,然后于60±5°C下机械搅拌过夜,反应 结束后离心,分别用乙醇和去离子水洗涤,再于40~60°C真空干燥14~18h,得环氧基功 能化的二氧化硅;

    b、二氧化硅纳米团簇体的制备

    将上述氨基功能化的二氧化硅、羧基功能化的二氧化硅、环氧基功能化的二氧化硅中 的两种分别溶于无水乙醇中,分别得到二者的分散液;然后将二者的分散液混合,机械搅 拌,在20~60°C反应24~32h,离心洗涤后于50~80°C真空干燥12~24h,即得二氧化硅 团簇;

    (2)表面功能化的无机共填料的制备

    将二氧化硅及其团簇、胺类催化剂(正丙胺)和含双键的硅烷偶联剂(γ-甲基丙烯酰 氧基丙基三甲氧基硅烷)加入环己烷溶剂中,室温反应20~60min,再于60±5°C搅拌30-40 min,去除溶剂后于60±5°C真空干燥18-24h,即得表面功能化的无机共填料;其中所述 的二氧化硅及其团簇、胺类催化剂和含双键的硅烷偶联剂的质量比为5:0.1-0.2:0.5-0.8,所 述的纳米二氧化硅及其团簇中纳米二氧化硅与其团簇体的质量比5:1-1:1;

    (3)光固化复合树脂的制备

    将表面功能化的无机共填料、有机树脂基体和光引发剂共混均匀,最后光固化40~120 s后即得光固化复合树脂(齿科修复树脂)。

    步骤(1)a中所述的二氧化硅的粒径为20~100nm。

    步骤(1)a中所述的含氨基的偶联剂具体为γ-氨丙基三乙氧基硅烷,含羧基的偶联剂 具体为3-(3-羧基烯丙酰胺基)丙基三乙氧基硅烷,含环氧基的偶联剂具体为γ-缩水甘油醚 氧丙基三甲氧基硅烷。

    步骤(1)a中所述的含氨基的偶联剂、含羧基的偶联剂、含环氧基的偶联剂与二氧化 硅的用量比分别为0.5~5.0mL:5g、0.5~5.0mL:5g、0.5~5.0mL:5g。

    步骤(1)b中所述的氨基功能化的二氧化硅、羧基功能化的二氧化硅、环氧基功能化 的二氧化硅中的两种的用量分别为0.5~3.0g,无水乙醇的用量为10~50mL。

    步骤(1)b中所得到的二氧化硅团簇的粒径为0.04~3.60μm。

    步骤(3)中所述的光固化复合树脂中包括20~60wt%的有机树脂基体和40~80wt%表 面功能化的无机共填料。

    步骤(3)中所述的有机树脂基体以双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯(Bis-GMA)为主单 体,加入二甲基丙烯酸三乙二醇酯(TEGDMA)、双乙氧基双酚-A二甲基丙烯酸酯 (EBPADMA)、氨基甲酸酯双甲基丙烯酸酯(UDMA)中的一种或几种复配使用,其中双酚 A-甲基丙烯酸缩水甘油酯与其他丙烯酸类单体(或单体之和)的质量百分比为70:30~40:60。

    步骤(3)中所述的光引发剂是主引发剂和助引发剂的混合体系,其中主引发剂为樟 脑醌(CQ)、2,3-丁二酮(2,3-Butanedione)中的一种;助引发剂为对二甲氨基苯甲酸乙酯 (4-EDMAB)、N,N-二甲基苯胺(N,N-dimethylaniline)中的一种,主引发剂与助引发剂的质量 比为1:3-5。

    本发明中光固化复合树脂的具体制备方法为将不同组分的有机基体、经改性的无机填 料和光引发剂在手工预混后,再将其放入三辊研磨机中混合均匀,即得未固化的齿科修复 用复合树脂;经光固化40~120s后便得到光固化复合树脂。

    本发明首先通过二氧化硅表面官能团之间的反应制备二氧化硅团簇体;之后分别对这 两种无机填料进行表面改性处理,得到表面含有反应性基团的无机填料;最后将这两种填 料作为共填料用于制备齿科修复用光固化复合树脂。

    本发明采用二氧化硅及其团簇作为无机共填料来制备齿科修复用光固化复合树脂,其 优点是由二氧化硅组成的团簇内部存在空腔结构,纳米级填料的加入可逐渐填满团簇体内 的空腔,提高无机填料的堆积密度,进而在保证材料良好的机械性能之外,还可降低复合 树脂的聚合收缩率,同时提高材料的耐磨性能。

    本发明所制备的复合树脂与商品化复合树脂Esthet-X相比,聚合收缩率的最小值为 2.6%,而Esthet-X的聚合收缩率高达3.3%。此外,本发明所制备的复合树脂经10,000次 磨损后的体积磨损值低于100×10-3mm3,而商品化Esthet-X的体积磨损值高达126×10-3mm3,因此本发明所制备的复合树脂表现出良好的综合性能。

    有益效果:

    (1)本发明的制备方法简单,原料价格便宜,适合于工业化生产;

    (2)本发明的复合树脂表现出良好的综合性能,聚合收缩率较低,耐磨性好。

    附图说明

    图1为实施例1得到的二氧化硅团簇的SEM图;

    图2复合树脂的聚合收缩率图;

    图3复合树脂的耐磨性能图;

    图4为实施例1得到的复合树脂断面形貌的SEM图。

    具体实施方式

    下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而 不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。

    实施例1

    表1复合树脂的组分及各组分的含量

    组分 质量分数(wt%) Bis-GMA 14.85 TEGDMA 14.85 CQ 0.06 4-EDMAB 0.24 硅烷化二氧化硅 35 硅烷化二氧化硅团簇 35

    (1)二氧化硅纳米团簇体的制备

    a功能化纳米二氧化硅的制备

    将两份5.0g纳米二氧化硅(粒径为20~100nm)分别分散至乙醇中,分别加入0.5mL 含有氨基的偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)和0.5mL含有羧基的偶联剂(3-(3-羧基烯丙 酰胺基)丙基三乙氧基硅烷)进行官能化修饰,65°C下机械搅拌过夜,反应结束后分别离 心,再用乙醇和去离子水洗涤,60°C真空干燥16h,分别得到氨基功能化的二氧化硅和 羧基功能化的二氧化硅。

    b二氧化硅团簇的制备

    分别称取氨基功能化的二氧化硅和羧基功能化的二氧化硅各1g,将两种功能化的二氧 化硅分别溶于20mL无水乙醇中配成相应分散液,之后将羧基功能化的二氧化硅分散液逐 滴加入氨基功能化的二氧化硅分散液中,在室温下机械搅拌32h,离心洗涤后于60°C真 空干燥20h,即得二氧化硅团簇,粒径为0.04~3.60um。

    (2)表面改性无机共填料的制备

    将5.0g纳米二氧化硅及其团簇体(二者质量比为1:1)、0.2g胺类催化剂(正丙胺) 和0.8g含双键的硅烷偶联剂(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)加入100mL环己烷 溶剂中,室温反应40min,再于60°C搅拌40min,去除溶剂后,于60°C真空烘箱中干 燥24h,即得经硅烷偶联剂表面改性的无机共填料。

    (3)光固化复合树脂的具体制备步骤

    按照表1配方中的比例,将Bis-GMA、TEGDMA、CQ和4-EDMAB按相应比例混合, 待混合均匀后加入无机共填料(经硅烷改性处理的二氧化硅及其团簇),手工预混至无机 填料充分被树脂基体润湿时,将其放入三辊研磨机二次混合,以便得到混合均匀的未固化 的复合树脂膏,最后经光固化处理后制得齿科修复用光固化复合树脂。

    制备的无机填料及光固化复合树脂样品进行如下所述的相关测试,利用FE-SEM观察 所制备的二氧化硅团簇体形貌,如图1所示;采用密度天平对复合树脂聚合收缩率进行评 价,结果如图2所示;采用两相滑动磨擦仪对复合树脂的耐磨性能进行评价,结果如图3 所示;采用FE-SEM观察复合树脂断面形貌,结果如图4所示。

    实施例2

    表2复合树脂的组分及各组分的含量

    组分 质量分数(wt%) Bis-GMA 14.85 EBPADMA 14.85 2,3-丁二酮 0.06 N,N-二甲基苯胺 0.24 硅烷化二氧化硅 40 硅烷化二氧化硅团簇 30

    (1)二氧化硅纳米团簇体的制备

    a功能化纳米二氧化硅的制备

    将两份5.0g纳米二氧化硅(粒径为20~100nm)分别分散至乙醇中,分别加入0.5mL 含有氨基的偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)和0.5mL含有羧基的偶联剂(3-(3-羧基烯丙 酰胺基)丙基三乙氧基硅烷)进行官能化修饰,65°C下机械搅拌过夜,反应结束后分别离 心,再用乙醇和去离子水洗涤,60°C真空干燥16h,分别得到氨基功能化的二氧化硅和 羧基功能化的二氧化硅。

    b二氧化硅团簇的制备

    分别称取氨基功能化的二氧化硅和羧基功能化的二氧化硅各1g,将两种功能化的二氧 化硅分别溶于20mL无水乙醇中配成相应分散液,之后将羧基功能化的二氧化硅分散液逐 滴加入氨基功能化的二氧化硅分散液中,在室温下机械搅拌32h,离心洗涤后于60°C真 空干燥20h,即得二氧化硅团簇,粒径为0.04~3.60um。

    (2)表面改性无机共填料的制备

    将5.0g纳米二氧化硅及其团簇体(二者质量比为4:3)、0.2g胺类催化剂(正丙胺) 和0.8g含双键的硅烷偶联剂(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)加入100mL环己烷 溶剂中,室温反应40min,再于60°C搅拌40min,去除溶剂后,于60°C真空烘箱中干 燥24h,即得经硅烷偶联剂表面改性的无机共填料。

    (3)光固化复合树脂的具体制备步骤

    按照表2配方中的比例,将Bis-GMA、EBPADMA、2,3-丁二酮和N,N-二甲基苯胺按相 应比例混合,待混合均匀后加入无机共填料(经硅烷改性处理的二氧化硅及其团簇),手 工预混至无机填料充分被树脂基体润湿时,将其放入三辊研磨机二次混合,以便得到混合 均匀的未固化的复合树脂膏,最后经光固化处理后制得齿科修复用光固化复合树脂。

    选用商品化树脂Esthet-X作为对照组进行说明。实施例2的光固化复合树脂的测试方 法与实施例1相同,商品化树脂进行同样测试。测得的聚合收缩率和耐磨性能分别见图2 和图3。

    实施例3

    表3复合树脂的组分及各组分的含量

    组分 质量分数(wt%) Bis-GMA 14.85 UDMA 14.85 CQ 0.06 N,N-甲基苯胺 0.24 硅烷化二氧化硅 50 硅烷化二氧化硅团簇 20

    (1)二氧化硅纳米团簇体的制备

    a功能化纳米二氧化硅的制备

    将两份5.0g纳米二氧化硅(粒径为20~100nm)分别分散至乙醇中,分别加入0.5mL 含有氨基的偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)和0.5mL含环氧基的偶联剂(γ-缩水甘油醚 氧丙基三甲氧基硅烷)进行官能化修饰,65°C下机械搅拌过夜,反应结束后分别离心, 再用乙醇和去离子水洗涤,60°C真空干燥16h,分别得到氨基功能化的二氧化硅和环氧 基功能化的二氧化硅。

    b二氧化硅团簇的制备

    分别称取氨基功能化的二氧化硅和环氧基功能化的二氧化硅各1g,将两种功能化的二 氧化硅分别溶于20mL无水乙醇中配成相应分散液,之后将环氧基功能化的二氧化硅分散 液逐滴加入氨基功能化的二氧化硅分散液中,在室温下机械搅拌32h,离心洗涤后于60°C 真空干燥20h,即得二氧化硅团簇,粒径为0.04~3.60um。

    (2)表面改性无机共填料的制备

    将5.0g纳米二氧化硅及其团簇体(二者质量比为5:2)、0.2g胺类催化剂(正丙胺) 和0.8g含双键的硅烷偶联剂(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)加入100mL环己烷 溶剂中,室温反应40min,再于60°C搅拌40min,去除溶剂后,于60°C真空烘箱中干 燥24h,即得经硅烷偶联剂表面改性的无机共填料。

    (3)光固化复合树脂的具体制备步骤

    按照表3配方中的比例,将Bis-GMA、UDMA、CQ和N,N-二甲基苯胺按相应比例混 合,待混合均匀后加入无机共填料(经硅烷改性处理的二氧化硅及其团簇),手工预混至 无机填料充分被树脂基体润湿时,将其放入三辊研磨机二次混合,以便得到混合均匀的未 固化的复合树脂膏,最后经光固化处理后制得齿科修复用光固化复合树脂。

    选用商品化树脂Esthet-X作为对照组进行说明。实施例3的光固化复合树脂的测试方 法与实施例1相同,商品化树脂进行同样测试。测得的聚合收缩率和耐磨性能分别见图2 和图3。

    关 键  词:
    二氧化硅 及其 填料 齿科 修复 树脂 制备 方法
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