牙科复合材料通常包含可聚合的有机基质和一种或多种填料。在多数情况下，将单体、引发剂组分、稳定剂和颜料的混合物用作可聚合的有机基质，其中通常将二甲基丙烯酸酯的混合物用作单体。这样的材料可以通过热、氧化还原引发的自由基聚合或光诱导的自由基聚合固化。酸性单体也越来越多地被用于制备牙科材料。这些赋予这些材料自蚀特性并改善其与天然牙齿物质的粘附。
经常使用的单体是二甲基丙烯酸酯，如2,2-双[4-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基)苯基]丙烷(双-GMA)和1,6-双-[2-甲基丙烯酰氧基乙氧羰基氨基]-2,4,4-三甲基己烷(UDMA)、双甲基丙烯酰氧基甲基三环[5.2.1.]-癸烷(TCDMA)、癸二醇-1,10-二甲基丙烯酸酯(D3MA)和三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)。双-GMA是最有名的芳香族二甲基丙烯酸酯，其还以其开发者的名字被命名为Bowen单体或Bowen树脂。双-GMA具有相对高的粘度，并且因此仅与填料混合可能困难。因此其几乎总是与低粘度单体组合，其中双-GMA与TEGDMA的基础混合物已经使其成为商业产品的标准。
虽然由于双-GMA和TEGDMA的LD50值在5,000μg/kg体重(大鼠)以下而没有全身毒性，但是其确实显示了一些不希望的影响。因此双-GMA和TEGDMA具有相当高的细胞毒性，并且已知TEGDMA导致哺乳动物的DNA分子的基因突变(参见G.Schmalz,D.Arenholt-Bindslev,Biocompatibility of Dental Materials,Springer-Verlag,Berlin Heidelberg 2009,p.110et seq.)。
本发明的目的是提供用于制备牙科材料的单体混合物，所述单体混合物具有低细胞毒性并且能够替代在牙科材料中的TEGDMA、双-GMA及其混合物。所述单体混合物的特征在于良好的固化特性、低粘度、低水溶性和高反应性，并且其使得甚至是大量填料的均质掺入成为可能。由其制备的聚合物的机械性质与基于TEGDMA和双-GMA的聚合物的机械性质相当。
该目的是根据本发明通过这样的单体混合物实现的，所述单体混合物包含至少一种低挥发性单甲基丙烯酸酯、至少一种高粘度多官能甲基丙烯酸酯和至少一种低粘度多官能甲基丙烯酸酯。单甲基丙烯酸酯是指具有一个可自由基聚合基团的化合物，双和多官能甲基丙烯酸酯是指具有两个或多个，优选为2至4个可自由基聚合基团的化合物。优选这样的单体混合物，其包含至少一种低挥发性单甲基丙烯酸酯、至少一种高粘度双官能甲基丙烯酸酯和至少一种低粘度双官能甲基丙烯酸酯。
根据本发明，低挥发性单体是指在常压下沸点>150℃的化合物。沸点例如可以使用蒸馏装置测定。高粘度单体是指粘度≥5Pa·s，优选为5至10,000Pa·s和特别优选为5至2,000Pa·s的物质，低粘度单体是指粘度≤300mPa·s，优选为1至300mPa·s和特别优选为30至300mPa·s的物质，其中在25℃的温度下，使用毛细管粘度计(低粘度)或旋转式粘度计(高粘度)测定粘度。
根据本发明的可自由基聚合的单体混合物优选地包含：
2至50wt.-％，特别优选为5至45wt.-％和非常特别优选为10至30wt.-％的至少一种低挥发性单甲基丙烯酸酯；
5至65wt.-％，特别优选为8至60wt.-％和非常特别优选为25至50wt.-％的至少一种高粘度多官能甲基丙烯酸酯，优选为双官能甲基丙烯酸酯；和
5至55wt.-％，特别优选为10至50wt.-％和非常特别优选为20至45wt.-％的低粘度多官能甲基丙烯酸酯，优选为双官能甲基丙烯酸酯。
以上按重量计的数值与单体混合物的总质量相关。
特别优选的高粘度二甲基丙烯酸酯是TMX-UDMA(HEMA和甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)与α,α,α',α'-四甲基-间苯二甲基二异氰酸酯(TMXDI)的加成产物)和1,6-双-[2-甲基丙烯酰氧基乙氧羰基氨基]-2,4,4-三甲基己烷(UDMA)。优选的用作稀释单体的低粘度二甲基丙烯酸酯为双甲基丙烯酰氧基甲基三环-[5.2.1.]癸烷(TCDMA)、丙三醇二甲基丙烯酸酯(GDMA)和特别是癸二醇-1,10-二甲基丙烯酸酯(D3MA)。特别优选的低挥发性单甲基丙烯酸酯为对异丙苯基苯氧基乙二醇甲基丙烯酸酯(CMP-1E)。
已证明包含20wt.-％的CMP-1E、20wt.-％的GDMA、20wt.-％的TMX-UDMA、25wt.-％的UDMA和15wt.-％的D3MA的单体混合物是特别有价值的。
根据本发明的单体混合物特别适用于制备牙科材料，特别是填充复合材料、修复粘固剂和牙科涂层材料，如窝沟封闭剂。根据本发明的单体混合物和牙科材料不包含任何TEGDMA并且优选也不包含任何双-GMA。在下文中，牙科材料是指除了以上定义的单体混合物以外还包含至少一种另外的组分，优选为至少一种用于自由基聚合的引发剂，特别优选为光引发剂的组合物。
惊讶地发现，根据本发明的单体混合物可以替代牙科材料中的TEGDMA、双-GMA及其混合物，而不损害该材料的固化行为、机械性质或功能性物质。根据本发明的单体混合物的特征在于与TEGDMA和双-GMA相比更低的细胞毒性。
为了制备牙科材料，可以将另外的可自由基聚合的单体添加到根据本发明的以上单体混合物。
作为另外的可自由基聚合的单体或可自由基聚合的单体的混合物，优选甲基丙烯酸酯，特别优选单和多官能甲基丙烯酸酯的混合物，并且非常特别优选单和双官能甲基丙烯酸酯的混合物。
优选的单或多官能甲基丙烯酸酯为(甲基)丙烯酸甲酯，(甲基)丙烯酸乙酯，(甲基)丙烯酸-2-羟乙酯，(甲基)丙烯酸丁酯，(甲基)丙烯酸苄酯，(甲基)丙烯酸四氢呋喃酯或(甲基)丙烯酸异冰片酯，乙氧基化的或丙氧基化的双酚A二甲基丙烯酸酯，诸如例如具有3个乙氧基团的双酚A二甲基丙烯酸酯SR-348c或2,2-双[4-(2-甲基丙烯酰氧基丙氧基)苯基]丙烷，二-、三-或四乙二醇二甲基丙烯酸酯，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，季戊四醇四甲基丙烯酸酯以及丙三醇二和三甲基丙烯酸酯，1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯或1,12-十二烷二醇二甲基丙烯酸酯。
供选择地或另外地，根据本发明的单体混合物除了以上提到的单体以外还可以包含一种或多种含酸性基团的可自由基聚合的单体(粘接性单体)作为另外的单体。这些赋予这些材料自粘和/或自蚀特性。
优选的含酸性基团的单体是可聚合的羧酸、膦酸、磷酸酯和磺酸。
优选的羧酸为马来酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、2-(羟甲基)丙烯酸、4-(甲基)丙烯酰氧基乙基偏苯三酸、10-甲基丙烯酰氧基癸基丙二酸、N-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基)-N-苯基甘氨酸和4-乙烯基苯甲酸。
优选的膦酸单体为乙烯基膦酸、4-乙烯基苯基膦酸、4-乙烯基苄基膦酸、2-甲基丙烯酰氧基乙基膦酸、2-甲基丙烯酰胺基乙基膦酸、4-甲基丙烯酰胺基-4-甲基戊基膦酸、2-[4-(二羟磷酰基)-2-氧杂-丁基]-丙烯酸或2-[4-(二羟基磷酰基)-2-氧杂-丁基]-丙烯酸乙酯和-2,4,6-三甲基苯酯。
优选的酸性可聚合的磷酸酯为2-甲基丙烯酰氧基丙基单或二氢磷酸酯、2-甲基丙烯酰氧基乙基单或二氢磷酸酯、2-甲基丙烯酰氧基乙基苯基氢磷酸酯、二季戊四醇五甲基丙烯酰氧基磷酸酯、10-甲基丙烯酰氧基癸基二氢磷酸酯、磷酸单-(1-丙烯酰基-哌啶-4-基)-酯，6-(甲基丙酰胺基)己基二氢磷酸酯和1,3-双-(N-丙烯酰基-N-丙基-氨基)-丙-2-基-二氢磷酸酯。
优选的可聚合的磺酸为乙烯基磺酸、4-乙烯基苯基磺酸或3-(甲基丙烯酰胺基)丙基磺酸。
特别优选的粘接性单体为4-(甲基)丙烯酰氧基乙基偏苯三酸、2-[4-(二羟基磷酰基)-2-氧杂-丁基]-丙烯酸乙酯或-2,4,6-三甲基苯酯，和10-甲基丙烯酰氧基癸基二氢磷酸酯。
根据本发明的实施方案，所述牙科材料不包含除了根据本发明的单体混合物以外的另外的单体。
根据本发明的单体混合物优选地还包含用于自由基聚合的引发剂。为了固化材料，例如，在间接充填材料的情况下，使用热引发剂，诸如例如过氧化二苯甲酰(DBPO)，或巴比妥酸的衍生物，诸如例如三甲基巴比妥酸。为了在室温下固化，过氧化物与胺，如N,N-二甲基-对称-二甲基苯胺或N,N-二甲基-对甲苯胺组合，以及巴比妥酸衍生物与过化合物(per-compound)，诸如例如过氧化硫酸钾或过酸酯(per-ester)组合。
α-二酮，诸如例如樟脑醌(1,7,7-三甲基双环[2.2.1]庚烷-2,3-二酮)(CQ)和9,10-菲醌作为用于光固化材料的光引发剂是优选的。优选地，光引发剂与作为还原剂的胺，诸如4-(N,N-二甲基氨基)苯甲酸乙酯一起使用。双重固化牙科材料包含光引发剂和氧化还原引发剂体系的混合物。
根据本发明，优选的是这样的牙科材料，其包含至少一种硫脲衍生物和至少一种双酰基二烷基锗化合物的组合作为用于自由基聚合的引发剂。该引发剂体系使得能够制备这样的材料，所述材料特别甚至在酸性组分的存在下是储存稳定的，具有改善的机械性质和在固化后颜色是稳定的。此外，双重固化牙科材料包含过氧化物，优选为氢过氧化物，作为另外的引发剂组分。
根据本发明的优选的硫脲衍生物描述于US 3,991,008(第2栏第35行到第3栏第14行)和EP 1 754 465 A1(第[0009]段)。特别优选的硫脲衍生物为甲基硫脲、乙基硫脲、烯丙基硫脲、丁基硫脲、己基硫脲、辛基硫脲、苄基硫脲、1,1,3-三甲基硫脲、1,1-二烯丙基硫脲、1,3-二烯丙基硫脲、1-(2-吡啶基)-2-硫脲、乙酰基硫脲、丙酰基硫脲、丁酰基硫脲、戊酰基硫脲、己酰基硫脲、庚酰基硫脲、辛酰基硫脲、壬酰基硫脲、癸酰基硫脲和苯甲酰基硫脲，其中乙酰基硫脲和己酰基硫脲是非常特别优选的。
优选的双酰基二烷基锗化合物描述于EP 1 905 413 A1、EP 1 905 415 A1和EP 2 103 297 A1中，其中根据EP 1 905 413 A1的式(II)的双酰基锗烷是特别优选的。非常特别优选的双酰基二烷基锗化合物是双苯甲酰基二乙基锗、双苯甲酰基二甲基锗、双苯甲酰基二丁基锗、双(4-甲氧基苯甲酰基)二甲基锗和双(4-甲氧基苯甲酰基)二乙基锗，其中双(4-甲氧基苯甲酰基)二乙基锗是最优选的。
优选的氢过氧化物是1,1,3,3-四甲基丁基氢过氧化物、叔丁基氢过氧化物、枯烯氢过氧化物、蒎烷氢过氧化物、对薄荷烷氢过氧化物、二异丙苯氢过氧化物和叔戊基氢过氧化物，其中枯烯氢过氧化物是特别优选的。
可光聚合的牙科材料优选地作为单组份体系存在，即以包含牙科材料的所有成分的混合物的形式存在。作为引发剂，其仅包含光引发剂并且可以通过用光照射来固化。
除了光引发剂以外，双重固化牙科材料另外包含过氧化物，优选为氢过氧化物作为氧化剂。双重固化材料优选地以两种分开的组分的形式存在，否则将发生过早固化，其中第一组分包含(氢)过氧化物且第二组分包含硫脲衍生物。硫脲衍生物作为还原剂(促进剂)。组分相应地还被称为催化剂浆料和促进剂浆料。
可以通过混合催化剂浆料和促进剂浆料来激活双重固化材料的固化。调整组合物以使其在混合浆料后数分钟内仍然保持可处理(所谓的处理时间)，但在处理后迅速固化。处理时间和固化时间可以主要通过(氢)过氧化物、硫脲衍生物的类型和浓度调节，并且任选地通过添加另外的组分诸如过渡金属氧化还原催化剂和抑制剂调节。
通常，由氧化还原引发剂体系激活的聚合比光聚合进行得更慢。因此，在双重固化材料的情况下可以通过仅在移除多余材料后才发生的辐射激活的光聚合容易地移除多余的材料。
此外，根据本发明的牙科材料优选地还包含有机微粒填料或特别优选地还包含无机微粒填料。基于氧化物的填料是优选的，诸如SiO2、ZrO2和TiO2或SiO2、ZrO2、ZnO和/或TiO2的混合氧化物，纳米颗粒或微细填料诸如热解硅酸(pyrogenic silicic acid)或沉淀硅酸(重均粒径为10-1,000nm)以及微小填料，诸如石英、玻璃陶瓷或不透X射线的玻璃粉末，例如，来自硅酸钡铝或硅酸锶铝玻璃的玻璃粉末(重均粒径为0.2-10μm)。进一步优选的填料为不透X-射线的填料，诸如三氟化镱或纳米颗粒氧化钽(V)或硫酸钡或SiO2与氧化镱(III)或氧化钽(V)的混合氧化物(重均粒径为10-1,000nm)。
为了改善填料颗粒与交联的聚合基质之间的结合，可以用甲基丙烯酸酯官能化的硅烷，诸如例如3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷对基于SiO2的填料进行表面改性。对于非硅酸盐填料，例如ZrO2或TiO2的表面改性，还可以使用官能化的酸性磷酸酯，诸如例如10-甲基丙烯酰氧基二氢磷酸酯。
包含填料的牙科材料特别适用作牙科填充复合材料、粘固剂和涂层材料。仅包含最大粒径小于600nm的填料的材料是特别优选的。这些特别适用作牙科粘固剂。
任选地，根据本发明使用的组合物可以包含另外的添加剂，尤其是稳定剂，诸如例如聚合稳定剂、染料、杀菌活性成分、释放负离子的添加剂、光学增白剂、荧光剂、增塑剂、过渡金属氧化还原催化剂和/或UV吸收剂。
具有至少两个稳定价态(valency stage)的过渡金属的化合物特别适合作为过渡金属氧化还原催化剂。它们尤其是元素铜、铁、钒、镍或钴的化合物，其中铜化合物是特别优选的，并且这些非常特别优选地用作高度有机可溶的化合物，诸如例如乙酰丙酮化物、环烷酸盐或2-乙基己酸盐。这些催化剂促进氧化剂和还原剂的氧化还原反应，从而促进自由基的形成，即，例如氢过氧化物和硫脲衍生物的氧化还原反应。
根据本发明，具有以下组成的那些牙科材料是特别优选的：
(a)12.0至75wt.-％，特别优选为19至56wt.-％的根据本发明的单体混合物，
(b)20至85wt.-％，特别优选为40至80wt.-％的填料(多种填料)，
(c)0.05至4wt.-％，优选为0.1至2.0wt.-％的用于自由基聚合的引发剂和任选地
(d)0.1至5.0wt.-％，特别优选为0.1至2.0wt.-％的添加剂(多种添加剂)。
以上数值与牙科材料的总质量相关。
根据本发明的牙科材料包含优选为0.01至4.0wt.-％，特别优选为0.1至2.0wt.-％的硫脲衍生物(多种硫脲衍生物)和0.001至1.0wt.-％，特别优选为0.005至0.5wt.-％的双酰基二烷基锗化合物(多种双酰基二烷基锗化合物)作为组分(c)。双重固化材料优选另外包含0.1至3.0wt.-％，特别优选为0.1至2.0wt.-％的氢过氧化物(多种氢过氧化物)。
根据本发明的牙科材料可以包含0至15wt.-％，特别优选为0-10wt.-％的一种或多种含酸性基团的粘接性单体作为组分(e)。
根据本发明的牙科材料可以以单组份或双组份形式提供。双重固化材料优选具有两种组分，即，其包含两种分开的组分，在使用前将其彼此混合。组分的组成的选择使得在混合后获得具有以上定义的全部组成的材料。
由提到的物质组成的那些牙科材料是特别优选的。进一步优选的是其中单一物质在每种情况下选自以上提到的优选的和特别优选的物质的那些材料。不包含任何胺诸如例如胺促进剂的材料是非常特别优选的。
根据本发明的牙科材料特别适用作牙科粘固剂、填充复合材料、涂层和镶面材料，以及用于制备嵌体、高嵌体、齿冠和齿桥的材料。材料优选地仅包含最大粒径<600nm的填料。它们能够制备具有低表面粗糙度和高光泽以及优异的磨损稳定性的牙科材料。
牙科材料主要适合被牙科医生用于口内使用以修复损坏的牙齿(临床材料)。然而，其还可以在口外使用，例如用在制备或修复牙科修复体中(技术材料)。
以下借助实施方案的实施例更详细地解释本发明。
实施方案的实施例
实施例1-3：
根据本发明的基于单体混合物的光固化复合材料
对应于以下列出的表1，基于44.5％的具有30wt.-％ZrO2含量的硅烷化的SiO2混合氧化物和20％的氟化镱制备复合材料(所有数值以质量-％给出)。在实施例中，一方面使用根据本发明的单体混合物(20％的CMP-1E、20％的GDMA、20％的TMX-UDMA、25％的UDMA和14.5％的D3MA以及作为稳定剂的0.5％的BHT)，并且使用基于双-GMA和TEGDMA的单体混合物(20％的双-GMA、20％的TEGDMA、20％的CMP-1E、25％的UDMA和14.5％D3MA以及作为稳定剂的0.5％BHT)作为比较。包含表1中给出的组分作为引发剂体系。使用捏合机(Linden)制备复合材料。
随后测定材料的机械性质。根据标准ISO 4049(牙科学—基于聚合物的填充、修复和粘结材料，Dentistry–Polymer-based filling,restorative and luting materials)测量抗弯强度(BS)和弹性模量(EM)。测量值在表2中给出。
为了测量维氏硬度(VH)，使用复合材料填充金属铸模(h＝2mm，)并使用PET膜覆盖。通过使用聚合灯(LED蓝相；Ivoclar Vivadent AG；在650mW/cm2下10s)从上方照射进行聚合。制备后，将试样储存在37℃的干燥箱中24h，然后先用2500号再用4000号砂纸将试样的被照射的上侧磨平，并且最后用抛光膏抛光。用通用硬度测试仪(型号ZHUO.2；)测量聚合的上侧的维氏硬度。对每个试样进行3次单独的测量。表2中给出了得到的平均值。
结果表明根据本发明的单体混合物使得制备这样的牙科材料成为可能，其具有与基于经过验证的单体双-GMA/TEGDMA的材料类似的特性。与包含与胺促进剂(EMBO)组合的樟脑醌的复合材料相比，包含与硫脲衍生物组合的Ge光引发剂的复合材料具有显著升高的维氏硬度。
表1：牙科复合材料(数值以wt.-％给出)
*)比较例
1)具有含量为30wt.-％的ZrO2的SiO2
2)双(4-甲氧基苯甲酰基)二乙基锗(光引发剂，Ivoclar Vivadent)
3)1-乙酰基硫脲(促进剂)
4)Cu-乙酰丙酮化物(Cu含量以ppm计)
5)樟脑醌(光引发剂)
6)(4-二甲基氨基)苯甲酸乙酯(胺促进剂)
7)稳定剂
表2：复合材料的机械性质
*)比较例