CN101518499B - 以单晶金刚石为填料的口腔用光固化复合树脂及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及“以单晶金刚石为填料的口腔用光固化复合树脂”，属于医用口腔材料领域，由树脂基体和填料组成，所述填料包括偶联化钡玻璃粉和偶联化金刚石，其特征在于：所述偶联化金刚石中含占复合树脂总重量为15-25％偶联化单晶金刚石，0-1％偶联化聚晶金刚石，0-0.1％偶联化纳米金刚石。通过加入单晶金刚石作为功能填料，所制备的复合树脂的挠曲强度和显微硬度得到显著提高，树脂的挠曲强度值均能满足国标医药标准中等于或大于50MPa的要求，甚至还能满足牙合面修复材料的强度要求(大于80MPa)，挠曲强度最大值达到112.5MPa，而显微硬度更是大幅提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型的口腔用光固化复合树脂材料及其制备方法，特别是指一种添加了人造单晶金刚石填料的复合树脂及其制备方法。
背景技术
可见光固化复合树脂是一种新型口腔材料，是口腔科目前常用的充填材料和修复材料之一，用于修复因龋齿、外伤等原因造成的牙体缺损。它具有操作方便、透明度好、粘着力强、颜色美观的优点，在口腔领域应用广泛。它的基体由含甲基丙烯酸酯官能团的单体通过自由基聚合而成，增强体为无机颗粒填料。光固化修复树脂自20世纪60年代问世以来，已经有了四十余年的发展，它在基体、无机填料和固化方式等方面有了许多改进，20世纪80年代至今，不少国内外学者对复合树脂的改良研究集中在对无机填料的种类、形态、粒度及其与树脂的结合等方面。树脂中填料含量一般为35wt％～90wt％，因此复合树脂的性质在很大程度上取决于填料的性质。目前，常用的无机填料有二氧化硅、三氧化二铝、羟基磷灰石以及含钡、锶、锆等元素的玻璃粉等。
金刚石是已知实用材料中具有高硬度、最好化学稳定性、最高导热率和宽频谱透光性的珍贵功能材料。而纳米级或亚微米级的金刚石则兼具金刚石和纳米颗粒材料的许多优异性能，如优良的化学稳定性、耐磨性、良好的生物相容性以及力学性能，如果将它作为填料加入到口腔修复复合树脂中，很有可能克服过去传统牙用复合材料耐磨性和强度差、不具X射线阻射性以及充填治疗后的过敏现象(牙髓刺激)等缺陷，从而进一步改善牙用树脂的综合性能。
到目前为止，将金刚石作为填料加入到口腔修复树脂中的相关研究很少。第四军医大学的钟玉修等将纳米金刚石作为填料加入到Esthet X树脂(Denstply公司)，发现在适量的金刚石填料可以提高它的机械性能，这初步说明了金刚石确有作为口腔材料填料的潜在优越性。本发明人致力于人造金刚石的研究应用，在“改性纳米金刚石增强增韧医用口腔复合树脂的研究”(化工新型材料，2006年02期)一文中提到，在以钡玻璃粉为主要填料的医用口腔复合树脂中，加入0.2％的人造纳米金刚石，复合树脂的挠曲强度和显微硬度都大幅提高，钟玉修的“纳米金刚石填料对复合树脂耐磨性能及挠曲强度的影响”(口腔医学，2005年03期)指出，纳米金刚石添加量在0.02-0.6％时，耐磨性能及挠曲强度有明显提高，但添加量为1％其耐磨性能及挠曲强度无明显变化，因此提高人造纳米金刚石的含量，其复合树脂的耐磨性能及挠曲强度并不提高，反而有所下降，而且人造纳米金刚石的价格十分昂贵，不可能添加太多，因此想要进一步提高复合树脂的挠曲强度和显微硬度，需要寻找新的合适的填料。
发明内容
本发明的目的是提供一种以单晶金刚石为功能填料的口腔用光固化复合树脂材料，通过自行制备树脂基体并与金刚石填料复合，制备出的复合树脂挠曲强度、显微硬度等主要性能都大幅提高，且指标都达到国家标准，且综合性能可与国外同类产品相媲美。
本发明还提供该得复合树脂的制备方法。
一种以单晶金刚石为填料的口腔用光固化复合树脂，由30-40％树脂基体和60-70％填料组成，所述填料包括偶联化钡玻璃粉和偶联化金刚石，其特征在于：所述偶联化金刚石由占复合树脂总重量为15-25％偶联化单晶金刚石，0-1％偶联化聚晶金刚石，0-0.1％偶联化纳米金刚石组成。
所述偶联化钡玻璃粉占复合树脂的重量百分含量为40-50％。
所述树脂基体由如下成分及其占复合树脂的重量百分含量组成：双甲基丙烯酸酯基主单体20-30％，稀释剂5-10％，引发剂0.5-5％；
所述双甲基丙烯酸酯基主单体由聚合单体双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯和氨基甲酸乙酯双甲基丙烯酸酯组成，其重量比为1∶0-1。
所述稀释剂为二甲基丙烯酸三甘醇酯。
所述引发剂包括光引发剂樟脑醌和共引发剂N，N-二甲基丙烯酸乙酯，其重量比为1∶1。
所述填料颗粒大小为10nm-10μm。
上述口腔用光固化复合树脂的制备方法，将树脂基体按一定比例混合后溶解于溶剂中，加入一定量偶联化填料，以3000r/min的转速搅拌10-30min，搅拌均匀，同时超声，去溶剂，除去气泡，真空保持10-20小时即得膏状物。
所述溶剂为丙酮，所述去溶剂，除去气泡采用真空抽除法。
所述偶联化采用如下方法：将填料用超声波均匀分散在乙醇中，加入水解后的硅烷偶联剂KH-570，搅拌反应20-30小时，离心烘干即可。
现有市场中，人造金刚石包括静压法制备得到的单晶金刚石(MD)，爆轰法得到的聚晶金刚石(PCD)，爆轰法得到的纳米金刚石(DND又名UFD)，在爆轰法制备金刚石的成品中，纳米金刚石的收率只有8％，因此其市场价格非常高，在复合树脂中的添加量也只有0.2％，但即使其用量提高，复合树脂的主要性能挠曲强度和显微硬度都无法再上一台阶，本发明用价廉物美的单晶金刚石取代，并提高其用量达到20％左右，其挠曲强度提高达25％左右，而显微硬度提高达100％，使复合树脂的性能有了很大的提高，同时由于单晶金刚石的成本比钡玻璃粉还低，因此单晶金刚石含量的提高，使得钡玻璃粉的含量降低，使得本发明复合树脂的成本进一步降低，消费者易于接受，使其成为更贴近消费水平的产品。
本发明针对单晶金刚石的特性，树脂主单体采用双甲基丙烯酸酯基，当采用双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯(Bis-GMA)和氨基甲酸乙酯双甲基丙烯酸酯(UDMA)两种单体互聚时，其挠曲强度更好。优选稀释剂为二甲基丙烯酸三甘醇酯TEGDMA，光引发剂为樟脑醌CQ，共引发剂为N，N-二甲基丙烯酸乙酯DMAEMA。
本发明的制备方法，是将树脂基体溶解在溶剂中，再将偶联化的填料加入搅拌，除去溶剂和溶液中的气泡得到复合树脂。此溶剂优先丙酮，由于其沸点低在除溶剂时只需采用真空抽除法即可，非常简单易行。
偶联化采用硅烷偶联剂，优先KH-570，偶联化方法是将填料均匀分散在溶剂中，再将水解后的偶联剂加入悬浮液中，搅拌反应即可。
本发明的制备方法简单易行，可操作性好。本发明制备得到的复合树脂其主要性能挠曲强度和显微硬度得到了大幅提高，该复合树脂的挠曲强度值还能满足牙合面修复材料的强度要求(大于80Mpa)，为其提供了很广泛的用途，同时其成本降低，具有更好的经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
下述所用原料均为市售产品。
实施例
1、复合树脂的制备方法：
(1)配备树脂单体：将双甲基丙烯酸酯基主单体和稀释剂按量混合，溶解在丙酮中，加入到自制的实验装置内搅拌均匀，
(2)按量加入引发剂(光引发剂和共引发剂)，避光下继续搅拌；
(3)分别改性(偶联化)基料：将一定量的基料加入到乙醇中，超声分散30分钟，然后以基料重量比1∶1加入水解后的硅烷偶联剂，在50℃下搅拌反应24小时左右，离心烘干，即得改性基料。
(4)在(2)溶液中按量加入改性后的钡玻璃粉，以3000r/min的转速继续搅拌15min，同时超声。
(5)用真空泵对实验装置抽真空，抽掉溶剂丙酮。
(6)在真空状态下保持12小时除去气泡，所得的膏状物即为口腔用光固化复合树脂。材料配比见下表。
2.测试样品的制备：
1)挠曲强度试样的制备
按国标医药标准GB/YY1042-2003制备试样，采用聚四氟乙烯磨具，以光固化机EliparFreelight LED(美国3M-ESPE)10s光照固化，制备出尺寸规格为(25±2)mm×(2±0.1)mm×(2±0.1)mm的试样。从磨具中取出固化好的试样，用400#砂纸去处毛刺，并将试样浸泡在37℃的蒸馏水24h，然后进行三点弯曲实验，测试其挠曲强度，每组五个试样。
2)显微硬度试样的制备
采用聚四氟乙烯磨具，以光固化机Elipar Freelight LED(美国3M-ESPE)10s光照固化，制备出尺寸规格为6mm×3mm(直径×高)的圆柱试样。从磨具中取出固化好的试样，用400#砂纸去处毛刺，然后以7000目的金刚石砂纸抛光其表面，再将试样浸泡在37±1℃的蒸馏水24h之后，进行显微硬度的测试，每组两个试样。
3.按照国药医药标准GB/YY1042-2003对样品进行机械性能的测试，测试结果见表1。
通过加入单晶金刚石作为功能填料，所制备的复合树脂的挠曲强度和显微硬度得到显著提高，树脂的挠曲强度值均能满足国标医药标准中等于或大于50Mpa的要求，且还能满足牙合面修复材料的强度要求(大于80Mpa)，挠曲强度最大值达到112.5Mpa，为其提供了新的应用领域，显微硬度也得到大幅提高。
Claims (10)
1.一种以单晶金刚石为填料的口腔用光固化复合树脂，由30-40％树脂基体和60-70％填料组成，所述填料选自偶联化钡玻璃粉和偶联化金刚石，其特征在于：所述偶联化金刚石由占复合树脂总重量为15-25％偶联化单晶金刚石，0-1％偶联化聚晶金刚石，和0-0.1％偶联化纳米金刚石组成。
2.根据权利要求1所述的以单晶金刚石为填料的口腔用光固化复合树脂，所述偶联化钡玻璃粉占复合树脂的重量百分含量为40-50％。
3.根据权利要求1所述的以单晶金刚石为填料的口腔用光固化复合树脂，所述树脂基体由如下占复合树脂的重量百分比的成分组成：双甲基丙烯酸酯基主单体20-30％，稀释剂5-10％，引发剂0.5-5％。
4.根据权利要求3所述的以单晶金刚石为填料的口腔用光固化复合树脂，所述双甲基丙烯酸酯基主单体由聚合单体双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯组成；或者由聚合单体双酚A-甲基丙烯酸缩水甘油酯和氨基甲酸乙酯双甲基丙烯酸酯组成，其重量比为1∶1。
5.根据权利要求3所述的以单晶金刚石为填料的口腔用光固化复合树脂，所述稀释剂为二甲基丙烯酸三甘醇酯。
6.根据权利要求3所述的以单晶金刚石为填料的口腔用光固化复合树脂，所述引发剂选自光引发剂樟脑醌和共引发剂N，N-二甲基丙烯酸乙酯，其重量比为1∶1。
7.根据权利要求1-6任一所述的以单晶金刚石为填料的口腔用光固化复合树脂，所述填料颗粒大小为10nm-10μm。
8.权利要求1-7任一所述的以单晶金刚石为填料的口腔用光固化复合树脂的制备方法，将树脂基体按一定比例混合后溶解于溶剂中，加入一定量偶联化填料，以3000r/min的转速搅拌10-30min，搅拌均匀，同时超声，去溶剂，除去气泡，真空保持10-20小时即得膏状物。
9.根据权利要求8所述的制备方法，所述溶剂为丙酮，所述去溶剂，除去气泡采用真空抽除法。
10.根据权利要求8所述的制备方法，所述偶联化采用如下方法：将填料用超声波均匀分散在乙醇中，加入水解后的硅烷偶联剂KH-570，搅拌反应20-30小时，离心烘干即可。
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