CN102224106A - 具有氧化锆和二氧化硅纳米粒子的填料和复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了含有二氧化硅-氧化锆纳米簇的填料。所述填料可通过混合二氧化硅纳米粒子的溶胶和预成形的结晶纳米氧化锆颗粒的溶胶而制得。所述填料提供了理想的光学性质，如乳光，并且可用于牙科用组合物中。

Description

具有氧化锆和二氧化硅纳米粒子的填料和复合材料
技术领域
本发明涉及用于复合材料，包括牙科复合材料的纳米粒子填料。更具体地讲，本发明涉及提供所需光学性质(如乳光)以用于牙科用组合物的具有二氧化硅-氧化锆纳米簇的填料材料。
背景技术
在过去的数十年中，牙医和牙科患者日益需要更美观的牙修复体。牙科工业对美学牙医学的越来越多的关注已导致更接近模拟自然牙齿的外观的牙修复体组合物的发展。例如，已开发了可用于取代例如金属汞合金填充物的牙齿颜色的复合树脂材料以提供更自然外观的牙修复体。近年来，可获得含有二氧化硅和/或氧化锆纳米填料的高度美观的复合材料，该复合材料具有色调体系和透明度选项，使得牙医有可能创造具有自然外观而对于一般观察者几乎无法察觉的牙修复体。
自然牙釉具有乳光品质，其优选弯曲较短(蓝)波长的光，在暗背景下显现蓝色，并且在白色背景下显现更橙/黄。尽管已开发了乳光牙科复合材料，但使用二氧化硅-氧化锆纳米填料体系的牙科复合材料通常缺乏该性质。尽管二氧化硅-氧化锆纳米填料可提供许多有利的性质，但乳光的缺乏被视为一个缺点。因此，需要填料体系，特别是二氧化硅-氧化锆纳米填料体系，所述体系提供具有乳光性质以更好地模拟自然牙齿外观的牙科复合材料，而同时仍然保持合适的牙科复合材料的处理性、射线不透性、透明性、半透明性和其他所需性质。
发明内容
本发明描述了用于复合材料的填料。所述填料包括氧化锆和二氧化硅纳米粒子的簇，所述簇提供乳光和射线不透性，以及反射和透射两方面的优良光透明性。
所述填料可如下制得：(a)提供包含直径为约3nm至约30nm的预成形的结晶氧化锆纳米粒子的氧化锆溶胶，(b)提供包含直径为约10nm至约100nm的二氧化硅纳米粒子的二氧化硅溶胶，(c)合并所述氧化锆溶胶和二氧化硅溶胶以形成氧化锆和二氧化硅纳米粒子的混合物，以及(d)将所述混合物加热至约450℃至约950℃的温度，随后研磨所得材料以形成包含直径为约0.25微米至约50微米的二氧化硅-氧化锆纳米簇的填料。
通常，在与纳米二氧化硅溶胶混合之前，将纳米氧化锆溶胶进行酸还原。在一些实施方式中，二氧化硅纳米粒子和氧化锆纳米粒子均匀分布于所得纳米簇中。任选地，所述方法还包括用例如硅烷偶联剂表面处理二氧化硅-氧化锆纳米簇或类似的处理的步骤以有助于掺入至树脂组分中。
本发明的氧化锆-二氧化硅填料可用于复合材料，包括牙科复合材料。这种复合材料通常包含可聚合组分(如甲基丙烯酸酯或其他烯键式不饱和化合物)、引发剂体系，和包含二氧化硅-氧化锆纳米簇的填料。这些复合材料典型地具有至少15，更典型地至少18，最典型地至少20的Cab值。
通常，本发明的牙科复合材料具有约1.44至约1.65，更典型地约1.50至约1.6，最典型地约1.50至约1.56的折射率。所述复合材料也典型地显示优良的处理特性、射线不透性、低雾度(典型地小于70，更典型地小于60，最典型地小于55雾度单位)，并具有方向独立的透明性或半透明性，即透明性较不依赖于通过材料的透射光的角度，这使得它们可用于多种牙科和正畸应用，包括牙修复体(例如填充材料、可流动修复体、预成形牙冠和牙桥、临时修复体)、牙科粘合剂、牙科粘固剂、腔体衬、正畸粘合剂、牙科密封剂、牙科涂料等。所述组合物和相关方法可以通过硬化形成例如牙科填充物、牙齿磨坯、牙冠和牙桥、假牙、正畸装置等而用于制备牙科制品。
上文概要不旨在描述本发明的每个实施例或每种实施方式。本发明的其它实施例、特征和优点经由以下其具体实施方式和权利要求将显而易见。
定义
“结晶氧化锆”意指在X射线衍射时显示明显的结晶(单斜、四方、立方或准立方)峰的氧化锆。通常，结晶氧化锆满足描述于1999年10月28日提交的美国专利No.6,376,590(Kolb等人)或2007年6月7日提交的美国专利No.7,429,422(Davidson等人)中的氧化锆溶胶的结晶参数，将所述专利以全文引用的方式并入本文。
“预成形的”结晶氧化锆纳米粒子意指用于制造填料的溶胶中具有氧化锆颗粒，所述颗粒在填料的干燥和烧制之前为结晶的。
“溶胶”意指具有连续液相的胶体，在该连续液相中固体悬浮于液体中。通常，溶胶为直径为1-500nm的固体颗粒在液体中的稳定胶态悬浮体，并且颗粒通常不凝聚或聚集。
如本文所用，“可硬化的”描述的是这样的材料或组合物：其可以例如通过去除溶剂(例如通过蒸发和/或加热)、加热引发聚合和/或交联、辐照引发聚合和/或交联和/或通过混合一种或多种组分引发聚合和/或交联的方式被固化(例如，聚合或交联)或硬化。
“牙科用组合物”意指能够被涂覆或粘附于口腔表面的未填充或填充的(例如，复合)材料(例如，牙科或正畸材料)。牙科用组合物包括例如粘合剂(例如牙科和/或正畸粘合剂)、粘固剂(例如玻璃离聚物粘固剂、树脂改性的玻璃离聚物粘固剂和/或正畸粘固剂)、底胶(例如正畸底胶)、修复剂(例如修复剂填充材料)、衬片、密封剂(例如正畸密封剂)和涂层。牙科用组合物往往可以用来将牙科制品粘结至牙结构。
“可硬化的牙科用组合物”意指可硬化以形成牙科制品的牙科用组合物(例如糊剂)。
“牙科制品”意指可以被粘附于(例如粘结于)口腔表面(例如牙结构)的制品。通常，牙科制品为修补的牙列或其一部分。例子包括有修复剂、更换牙、嵌体、高嵌体、镶面、全牙冠和部分牙冠、牙桥、植入物、植入物支座、牙内冠、前牙填充物、后牙填充物、腔体衬、密封剂、牙列、牙桩、牙桥框架及其他牙桥结构、支座、正畸器具和设备以及假体(例如部分或全牙列)。
如本文所用，术语“牙科用组合物”和“牙科制品”不限于牙科应用中所用的组合物及制品，而且还分别包括正畸组合物(例如正畸粘合剂)和正畸设备(例如正畸器具，如保持器、夜用牙罩、托架、颊面管、牙带、夹板、镶齿、舌侧保持器、咬齿扩开器、定位器等)。
“口腔表面”意指口腔环境中的软或硬的表面。硬表面通常包括牙结构，包括例如自然牙齿表面和人造牙表面、骨、牙模、牙质、牙釉质、牙骨质等。
“填充剂”意指适用于口腔环境中的颗粒物质。牙科填充剂的平均粒度通常至多100微米。
“纳米填充剂”意指平均原生粒度至多200纳米的填充剂。纳米填充剂组分可以为单一的纳米填充剂或纳米填充剂的组合。通常纳米填充剂包括非热解纳米粒子或纳米簇。“纳米结构化”意指这种形式的材料，其至少一个维度为平均至多200纳米(例如纳米尺度的颗粒)。因此，纳米结构的材料是指这样的材料，包括例如下文中定义的纳米粒子、纳米粒子聚集体、涂布在颗粒上的材料(其中涂层的平均厚度为至多200纳米)、涂布在颗粒聚集体上的材料(其中涂层的平均厚度至多200纳米)、渗入平均孔径为至多200纳米的多孔结构的材料以及它们的组合。多孔结构包括例如多孔颗粒、多孔颗粒聚集体、多孔涂层以及它们的组合。
如本文所用，“纳米粒子”与“纳米尺度的颗粒”是同义的，指的是平均尺寸为至多200纳米的颗粒。本文中对于球形颗粒所用的“尺寸”指的是颗粒的直径。本文中对于非球形颗粒所用的“尺寸”指的是颗粒的最长尺寸。在某些实施例中，纳米粒子由分散、非聚集和非凝聚的颗粒组成。
“纳米簇”意指由使纳米粒子集结在一起(即聚集)的相对较弱的分子间力吸引到一起的纳米粒子的缔合。通常纳米簇的平均尺寸为至多10微米。
如本文所用，术语“烯键式不饱和化合物”的意思包括具有至少一个烯键不饱和基团的单体、低聚物和聚合物。
“聚合”意指由单体或低聚物形成分子量更高的材料。聚合反应还可涉及交联反应。
如本文所用，术语“(甲基)丙烯酸酯”是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或其组合的简写形式，“(甲基)丙烯酸系”是丙烯酸系、甲基丙烯酸系或其组合的简写形式。如本文所用，“(甲基)丙烯酸酯官能化合物”是除了别的以外还包含(甲基)丙烯酸酯部分的化合物。
出现在说明书和权利要求书中的术语“包含”、“包括”及其变型不具有限制的意思。
本文通过端点详述的数值范围旨在包括所述范围内所包含的所有数值(如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
除非另外指明，否则本文所用的“一个”意指“至少一个”或“一个或多个”。此外，单数形式“一个”和“所述”包括多个指代物，除非该内容物明确地表示其他含义。因此，例如所提及的包含“化合物”的组合物包括两种或更多种化合物的混合物。
如本说明书和所附权利要求书中所用，术语“或”的含义一般来讲包括“和/或”，除非该内容明确地表示其他含义。
应当了解，除非另外指明，否则所有用于说明书和权利要求中的表示成分数量、特性量度诸如对比率之类的数在一切情况下均可被术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则上述说明书和附加权利要求中所述的数值参数是近似值，其可根据使用本发明教导内容的本领域内技术人员旨在达到的所需特性而变化。在最低程度上，丝毫没有将等同原则的应用限制于权利要求书保护的范围的意思，每一个数值参数至少应当根据所记录的有效数字位数并采用寻常的四舍五入法进行解释。虽然在本发明的广泛范围内所示的数字范围和参数为近似值，但具体实例中所示的数值会尽可能准确地报告。然而，任何数值必然包括一定的误差，这些误差必定是由于各自测试测量中所存在的标准偏差而引起的。
附图说明
图1A和1B为示出了角度依赖性半透明复合材料与非角度依赖性半透明复合材料的差异的图。在图1A中，观察者(1)垂直观察复合材料(2)。在此情况下，实例E1-E3和比较例CE1和CE2是透光的。在图1B中，相对于观察者(1)以一定角度观察复合材料(2)。在此情况下，实例E1-E3保持透光，但比较例CE1和CE2比垂直观察它们时更不透明。
具体实施方式
本发明提供了由二氧化硅(SiO2)的纳米粒子和氧化锆(ZiO2)的纳米粒子组成的填料材料。二氧化硅和氧化锆纳米粒子通常以二氧化硅-氧化锆纳米簇的形式凝集在一起。在本发明的一些实施方式中，二氧化硅的纳米粒子和氧化锆的纳米粒子均匀分布于整个纳米簇中，所述纳米簇可任选用硅烷或其他合适的偶联剂进行表面处理以提高它们向树脂中的掺入。
本发明的二氧化硅-氧化锆纳米簇填料通过混合纳米二氧化硅溶胶和预成形的纳米氧化锆颗粒溶胶而制得。纳米氧化锆溶胶通常由结晶氧化锆纳米粒子组成。据信氧化锆源影响所得填料材料的乳光。如下面的实例中所示，在一些情况下，相比于衍生自醋酸氧锆的那些，预成形的纳米氧化锆溶胶的使用使二氧化硅-氧化锆纳米填料具有更好的乳光性质。具体地讲，含有本发明的二氧化硅-氧化锆纳米簇填料的复合材料通常显示具有至少15，更典型地至少18，最典型地至少20的乳光值(Cab)。衍生自醋酸氧锆的二氧化硅-氧化锆纳米簇填料通常具有较低的乳光值，或完全缺乏乳光。
除了乳光之外，在一些实施例中，当与衍生自醋酸氧锆的填料相比较时，二氧化硅-氧化锆纳米簇填料材料也提供较不依赖于观察材料的角度的射线不透性、透明性和光透明性。这种光学性质提供了与自然生齿相比外观非常逼真，并在多个产品领域是理想的材料，包括可流动牙科修复材料、预成形的牙冠和牙桥、临时牙科材料和其他修复牙科材料。
本发明的二氧化硅-氧化锆纳米簇填料可用于多种不同的复合材料，并且特别适用于可硬化牙科用组合物。这类材料通常包含可聚合组分、引发剂体系、一种或多种填料和一种或多种任选的添加剂。这些组分中的每一种在下面有更详细地讨论。
可聚合组分
本发明的牙科用组合物通常是可硬化的，这是由于可聚合组分的存在所致。在一些实施例中，可以在将组合物施用至口腔表面之前硬化该组合物(例如，通过常规的光聚合和/或化学聚合技术进行聚合)。在其他实施例中，可以在已将组合物施用至口腔表面之后硬化该组合物(例如，通过常规的光聚合和/或化学聚合技术进行聚合)。
在某些实施例中，组合物是光聚合型的，即组合物包含光引发剂体系，所述光引发剂体系在用光化辐射照射后引发组合物的聚合(或硬化)。在其他实施例中，组合物是可化学硬化的，即，组合物包含能在不依靠光化辐射照射的情况下使组合物聚合、固化或以另外的方式使组合物硬化的化学引发剂(即，引发剂体系)。这种可化学硬化的组合物有时被称为“自固化”组合物。
可聚合的组分通常包含一种或多种具有或不具有酸官能团的烯键式不饱和化合物。可用的烯键式不饱和化合物的例子包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、羟基官能化的丙烯酸酯、羟基官能化的甲基丙烯酸酯，以及它们的组合。
组合物(特别是在光聚合型实施方式中)可以包含具有自由基活性官能团的化合物，所述化合物可以包括具有一个或多个烯键式不饱和基团的单体、低聚物和聚合物。合适的化合物包含至少一个烯键式不饱和键并且能够进行加成聚合反应。这种可自由基聚合的化合物包括：单、二或多(甲基)丙烯酸酯(即丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)，如(甲基)丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸烯丙酯、三丙烯酸甘油酯、乙二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、1，3-丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1，2，4-丁三醇三甲基丙烯酸酯、1，4-环己二醇二丙烯酸酯、季戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、山梨醇六丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸四氢糠酯、双[1-(2-丙烯酰氧基)]-对乙氧基苯基二甲基甲烷、双[1-(3-丙烯酰氧基-2-羟基)]-对丙氧基苯基二甲基甲烷、乙氧基化双酚A二(甲基)丙烯酸酯和异氰脲酸三甲基丙烯酸三羟乙酯；(甲基)丙烯酰胺(即丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺)，如(甲基)丙烯酰胺、亚甲基双(甲基)丙烯酰胺和双丙酮(甲基)丙烯酰胺；氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯；聚乙二醇的双(甲基)丙烯酸酯(优选具有分子量200-500)、丙烯酸酯化的单体的可共聚混合物，如美国专利No.4,652，274(Boettcher等人)中的那些、丙烯酸酯化的低聚物，如美国专利No.4,642,126(Zador等人)中的那些，和聚(烯键式不饱和)氨基甲酰基异氰脲酸酯，如美国专利No.4,648,843(Mitra)中公开的那些；以及乙烯基化合物，如苯乙烯、邻苯二甲酸二烯丙酯、琥珀酸二乙烯酯、己二酸二乙烯酯和邻苯二甲酸二乙烯酯。其它合适的可自由基聚合的化合物包括例如在WO-00/38619(Guggenberger等人)、WO-01/92271(Weinmann等人)、WO-01/07444(Guggenberger等人)、WO-00/42092(Guggenberger等人)中公开的硅氧烷官能化(甲基)丙烯酸酯和例如在美国专利No.5,076,844(Fock等人)、美国专利No.4,356,296)Griffith等人)、EP-0373 384(Wagenknecht等人)、EP-0201 031(Reiners等人)和EP-0201 778(Reiners等人)中公开的含氟聚合物-官能化(甲基)丙烯酸酯。如果需要，可使用两种或更多种可自由基聚合的化合物的混合物。
可聚合组分也可以在单个分子中包含羟基和烯键式不饱合基团。这种材料的例子包括(甲基)丙烯酸羟烷酯，如(甲基)丙烯酸-2-羟乙酯和(甲基)丙烯酸-2-羟丙酯；单或二(甲基)丙烯酸甘油酯；三羟甲基丙烷单(甲基)丙烯酸酯或三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯；季戊四醇单(甲基)丙烯酸酯、季戊四醇二(甲基)丙烯酸酯和季戊四醇三(甲基)丙烯酸酯；山梨醇单(甲基)丙烯酸酯、山梨醇二(甲基)丙烯酸酯、山梨醇三(甲基)丙烯酸酯、山梨醇四(甲基)丙烯酸酯或山梨醇五(甲基)丙烯酸酯；和2，2-双[4-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙氧基)苯基]丙烷(bisGMA)。适宜的烯键式不饱和化合物还可得自各种各样的商业来源，例如位于圣路易斯的西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)。如果需要，可使用烯键式不饱和化合物的混合物。
在某些实施例中，可聚合的组分包括PEGDMA(分子量为大约400的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯)、bisGMA、UDMA(氨基甲酸酯二甲基丙烯酸酯)、GDMA(二甲基丙烯酸甘油酯)、TEGDMA(三乙二醇二甲基丙烯酸酯)、如美国专利No.6,030,606(Holmes)中所述的bisEMA6，和/或NPGDMA(新戊二醇二甲基丙烯酸酯)。如果需要的话，可以使用这些可硬化组分的各种组合。
当组合物包含不带酸官能团的烯键式不饱和化合物时，按未填充的组合物的总重量计，不带酸官能团的烯键式不饱和化合物的存在量通常为至少5重量％，更典型地为至少10％重量，最典型地为至少15重量％。按未填充的组合物的总重量计，本发明的组合物典型地包含至多95重量％，更典型地至多90重量％，最典型地至多80重量％的不带酸官能团的烯键式不饱和化合物。
在一些实施例中，可聚合的组分可以包含一种或多种具有酸官能团的烯键式不饱和化合物。如本文所用，“具有酸官能团”的烯键式不饱和化合物的意思包括具有烯键不饱和基团以及酸和/或酸前体官能团的单体、低聚物和聚合物。酸前体官能团包括例如酸酐、酰基卤和焦磷酸盐。酸官能团可包括羧酸官能团、磷酸官能团、膦酸官能团、磺酸官能团或它们的组合。
具有酸官能团的烯键式不饱和化合物包括，例如α，β-不饱和酸性化合物，如甘油磷酸单(甲基)丙烯酸酯、甘油磷酸二(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯(如HEMA)磷酸酯、双((甲基)丙烯酰氧基乙基)磷酸酯、((甲基)丙烯酰氧基丙基)磷酸酯、双((甲基)丙烯酰氧基丙基)磷酸酯、双((甲基)丙烯酰氧基)丙氧基磷酸酯、(甲基)丙烯酰氧己基磷酸酯、双((甲基)丙烯酰氧基己基)磷酸酯、(甲基)丙烯酰氧基辛基磷酸酯、双((甲基)丙烯酰氧基辛基)磷酸酯、(甲基)丙烯酰氧基癸基磷酸酯、双((甲基)丙烯酰氧基癸基)磷酸酯、己内酯甲基丙烯酸酯磷酸酯、柠檬酸二-或三-甲基丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸酯化的低聚马来酸、聚(甲基)丙烯酸酯化的聚马来酸、聚(甲基)丙烯酸酯化的聚(甲基)丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸酯化的聚羧基-聚膦酸、聚(甲基)丙烯酸酯化的聚氯磷酸、聚(甲基)丙烯酸酯化的聚磺酸、聚(甲基)丙烯酸酯化的聚硼酸等，可用作可硬化组分体系中的组分。也可使用不饱和碳酸如(甲基)丙烯酸、芳族(甲基)丙烯酸酯化的酸(例如甲基丙烯酸酯化的偏苯三甲酸)以及它们的酸酐的单体、低聚物和聚合物。本发明的某些优选组合物包括具有带至少一个P-OH部分的酸官能团的烯键式不饱和化合物。
这些化合物中的某些例如可作为(甲基)丙烯酸异氰酸根合烷基酯与羧酸之间的反应产物而获得。另外的同时具有酸官能组分和烯键式不饱和组分的此类化合物描述于美国专利No.4,872,936(Engelbrecht)和No.5,130,347(Mitra)中。有多种同时含有烯键式不饱和部分和酸部分的这类化合物可使用。如果需要，可使用这类化合物的混合物。
另外的具有酸官能团的烯键式不饱和化合物包括，例如，在2002年12月30日提交的美国临时申请No.60/437,106中公开的可聚合双膦酸；AA:ITA:IEM(通过使AA:ITA共聚物与足够的甲基丙烯酸2-异氰酸基乙酯反应，以将共聚物的一部分酸性基团转化为侧链甲基丙烯酸酯基团而制得的具有侧链甲基丙烯酸酯的丙烯酸:衣康酸共聚物，如例如美国专利No.5,130,347(Mitra)的实例11中所述)；和在美国专利No.4,259,075(Yamauchi等人)、No.4,499,251(Omura等人)、No.4,537,940(Omura等人)、No.4,539,382(Omura等人)、No.5,530,038(Yamamoto等人)、No.6,458,868(Okada等人)和欧洲专利申请公布No.EP 712,622(Tokuyama Corp.)和No.EP 1,051,961(Kuraray Co.，Ltd.)中所述的那些。
本发明的组合物还可包含所述具有酸官能团的烯键式不饱和化合物的组合，如例如在2004年8月11日提交的美国专利申请公布No.2007/0248927(Luchterhandt等人)所述。所述组合物还可包含具有酸官能团和不具有酸官能团的烯键式不饱和化合物的混合物。
当组合物包含具有酸官能团的烯键式不饱和化合物时，按未填充的组合物的总重量计，具有酸官能团的烯键式不饱和化合物的存在量通常为至少1重量％，更典型地为至少3％重量，最典型地为至少5重量％。按未填充的组合物的总重量计，本发明的组合物通常包含至多80重量％，更典型地至多70重量％，并且最典型地至多60重量％的具有酸官能团的烯键式不饱和化合物。
引发剂体系
在某些实施例中，本发明的组合物为可光聚合的，即该组合物含有可光聚合的组分和光引发剂体系，所述光引发剂体系在用光化辐射照射时引发组合物的聚合(或硬化)。这种光致聚合型组合物可以是可自由基聚合的或可阳离子聚合的。
适于使可自由基光聚合的组合物发生聚合的光引发剂(即包含一种或多种化合物的光引发剂体系)包括二元和三元体系。典型的三元光引发剂包括碘鎓盐、光敏剂和电子供体化合物，如在美国专利No.5,545,676(Palazzotto等人)中所述。合适的碘鎓盐是二芳基碘鎓盐，例如二苯基碘鎓氯化物、二苯基碘鎓六氟磷酸盐、二苯基碘鎓四氟硼酸盐和甲苯基枯基碘鎓四(五氟苯基)硼酸盐。合适的光敏剂是可在400nm至520nm(优选450nm至500nm)范围内吸收一些光的一元酮和二元酮。特别合适的化合物包括在400纳米至520纳米(甚至更优选为450至500纳米)范围内具有光吸收的α二酮。合适的化合物是樟脑醌、苯偶酰、糠偶酰、3，3，6，6-四甲基环己二酮、菲醌、1-苯基-1，2-丙二酮以及其他1-芳基-2-烷基-1，2-乙二酮和环状α二酮。合适的电子供体化合物包括取代的胺，例如二甲基氨基苯甲酸乙酯。其他合适的用于使可阳离子聚合的树脂光聚合的三元光引发剂体系描述于例如美国专利No.6,765,036(Dede等人)中。
其他可用于聚合可自由基光聚合的组合物的光引发剂包括氧化膦类别，其通常具有380nm至1200nm范围内的官能团波长。优选的具有380nm至450nm的官能团波长范围的氧化膦自由基引发剂为酰基氧化膦和双酰基氧化膦，如在美国专利No.4,298,738(Lechtken等人)、No.4,324,744(Lechtken等人)、No.4,385,109(Lechtken等人)、No.4,710,523(Lechtken等人)和No.4,737,593(Ellrich等人)、No.6,251,963(Kohler等人)；以及EP专利申请No.0173567A2(Ying)中所描述的那些。
在大于380nm至450nm的波长范围内照射时能够进行自由基引发的市售氧化膦光引发剂包括双(2，4，6-三甲基苯甲酰)苯基氧化膦(IRGACURE 819，Ciba Specialty Chemicals(Tarrytown，NY))、双(2，6-二甲氧基苯甲酰)-(2，4，4-三甲基戊基)氧化膦(CGI 403，Ciba Specialty Chemicals)、按重量计25∶75的双(2，6-二甲氧基苯甲酰)-2，4，4-三甲基戊基氧化膦与2-羟基-2-甲基-1-苯基丙-1-酮的混合物(IRGACURE 1700，Ciba Specialty Chemicals)，按重量计1∶1的双(2，4，6-三甲基苯甲酰)苯基氧化膦与2-羟基-2-甲基-1-苯基丙烷-1-酮的混合物(DAROCUR 4265，Ciba Specialty Chemicals)和2，4，6-三甲基苄基苯基亚膦酸乙酯(LUCIRIN LR8893X，BASF Corp.(Charlotte，NC))。
通常，氧化膦引发剂以催化有效量存在于光致聚合型组合物中，所述催化有效量例如为0.1重量％至5.0重量％，以未填充的组合物的总重量计。
叔胺还原剂可与酰基氧化膦组合使用。可用于本发明的示例性叔胺包括4-(N，N-二甲基氨基)苯甲酸乙酯和甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯。当存在时，以未填充的组合物的总重量计，胺还原剂以0.1％重量至5.0％重量的含量存在于光致聚合型组合物中。其他引发剂的可用量是本领域技术人员所熟知的。
在某些实施例中，本发明的组合物为可化学硬化的，即该组合物包含可化学硬化的组分和化学引发剂(即引发剂体系)，所述化学引发剂在不依赖于用光化辐射照射的情况下可以使组合物聚合、固化或以其他方式使组合物硬化。这种可化学硬化的组合物有时被称为“自固化”组合物。
可化学硬化的组合物可包含氧化还原固化体系，所述氧化还原固化体系包含可聚合的组分(例如，烯键式不饱和的可聚合组分)和包括氧化剂及还原剂的氧化还原试剂。可用于本发明的合适的可聚合组分、氧化还原试剂、任选的酸官能团组分和任选的填料描述于美国专利公布No.2003/0166740(Mitra等人)和No.2003/0195273(Mitra等人)中。
所述还原剂和氧化剂应彼此反应或以别的方式彼此协作，以产生能够引发树脂体系(如烯键式不饱和组分)的聚合的自由基。这种类型的固化是暗反应，也就是说，它不依赖于光的存在，可在没有光的情况下进行。还原剂和氧化剂优选是充分架藏稳定的并且不具有不期望的着色作用，以使它们可在代表性的牙齿环境中储存和使用。它们应该能够与树脂体系充分混溶(并且优选为水溶性的)，从而容许很快地溶解于组合物的其它组分中(并阻止与其它组分的分离)。
可用的还原剂包括抗坏血酸、抗坏血酸衍生物和金属配位的抗坏血酸化合物，如美国专利No.5,501,727(Wang等人)所述；胺，特别是叔胺，例如4-叔丁基二甲基苯胺；芳族亚磺酸盐，如对甲苯亚磺酸盐和苯亚磺酸盐；硫脲，如1-乙基-2-硫脲、四乙基硫脲、四甲基硫脲、1，1-二丁基硫脲和1，3-二丁基硫脲；以及它们的混合物。其他第二还原剂可包括氯化钴(II)、氯化亚铁、硫酸亚铁、肼、羟胺(取决于氧化剂的选择)、连二亚硫酸盐或亚硫酸阴离子盐，以及它们的混合物。所述还原剂优选为胺。
合适的氧化剂也会是本领域技术人员所熟知的，包括但不限于过硫酸及其盐，如钠盐、钾盐、铵盐、铯盐和烷基铵盐。另外的氧化剂包括过氧化物如过氧化苯甲酰、氢过氧化物如枯基过氧化氢、叔丁基过氧化氢和戊基过氧化氢，以及过渡金属盐，如氯化钴(III)和氯化亚铁、硫酸铈(IV)、过硼酸及其盐、高锰酸及其盐、过磷酸及其盐，以及它们的混合物。
可能有利的是使用一种以上的氧化剂或一种以上的还原剂。还可加入少量过渡金属化合物以加快氧化还原固化的速率。在一些实施例中，优选的是包含次级离子盐以增强可聚合组合物的稳定性，如美国专利公布No.2003/0195273(Mitra等人)中所述。
还原剂和氧化剂以足以得到足够的自由基反应速率的量存在。使除了可选的填充剂以外的组合物的所有成分相组合，并观察是否能够得到硬化体，由此可以对此进行评价。
通常情况下，如果真要使用还原剂，则按组合物组分的总重量(包括水)计，还原剂的存在量为至少0.01重量％，更典型地为至少0.1重量％。通常，以未填充的组合物的组分的总重量(包括水)计，所述还原剂以不大于10重量％，更典型地不大于5重量％的量存在。
通常，如果真要使用氧化剂，则按组合物组分的总重量(包括水)计，氧化剂的存在量为至少0.01重量％，更典型地为至少0.10重量％。通常，以未填充的组合物的组分的总重量(包括水)计，所述氧化剂以不大于10重量％，并且更典型地不大于5重量％的量存在。
还原剂或氧化剂可被微囊包封，如美国专利No.5,154,762(Mitra等人)中所述。这样通常会提高组合物的储存稳定性，并且如果必要的话，有可能把还原剂同氧化剂封装在一起。例如，通过适当选择微囊包封材料，可将氧化剂和还原剂与酸官能组分以及任选的填料进行组合并保持在储藏稳定状态。同样，通过适当选择水不溶性的微囊包封材料，可将还原剂和氧化剂与FAS玻璃和水进行组合并保持在储藏稳定状态。
氧化还原固化体系可以与包括光引发剂体系的其他固化体系组合，或者与如美国专利No.5,154,762(Mitra等人)中所述的组合物组合。
二氧化硅-氧化锆纳米簇
本发明的组合物包含赋予该组合物乳光的二氧化硅-氧化锆纳米簇填料。据信当形成二氧化硅-氧化锆簇时，乳光效果至少部分源于预成形的纳米氧化锆颗粒的使用。相比于起始于其他前体(例如醋酸盐)时获得的填料，这些预成形的颗粒的使用使填料具有优异的乳光。
可通过组合二氧化硅纳米粒子的溶胶和预成形的结晶氧化锆纳米粒子的溶胶而制得纳米簇。二氧化硅溶胶通常包含平均直径为约10nm至约100nm，更典型地约15nm至约60nm，最典型地约15nm至约35nm的二氧化硅颗粒，约20nm的平均粒径特别适用于制造纳米簇。氧化锆溶胶通常包含足够小以不会散射大部分可见光，但足够大以弯曲较短波长的蓝光以提供乳光效果的氧化锆颗粒。平均粒子尺寸为约3nm至约30nm的氧化锆溶胶适于形成纳米簇。通常，溶胶中的氧化锆颗粒具有约5nm至约15nm，更典型地约6nm至约12nm，最典型地约7nm至约10nm的平均粒径。当在溶胶混合物稳定的酸性条件下(如pH低于2)混合在一起时，在胶凝和干燥时预成形的氧化锆纳米粒子与二氧化硅纳米粒子形成一种结构，该结构提供所需的乳光特性而同时保持最终复合材料的高水平的光透明性。
可使用NALCO 1042二氧化硅溶胶(Nalco Chemical Company，Naperville，IL)或其他市售的胶态二氧化硅溶胶。若使用碱稳定的溶胶，通常首先使其经受离子交换以去除钠，例如使用Amberlite IR-120离子交换树脂，或用硝酸调节pH。通常理想的是将二氧化硅pH调节至低于1.2，通常约0.8至约1.0，然后将氧化锆缓慢加入其中以防止局部胶凝和凝聚。所得混合物的pH通常为约1.1至约1.2。合适的胶态二氧化硅溶胶可得自多个供应商，包括Nalco(Ondeo-Nalco，Grace chemical)、H.C.Stark、Nissan Chemical(Snowtex)、Nyacol和Ludox(DuPont)。所选的溶胶应具有分散的且具有本文指定的合适尺寸的二氧化硅颗粒。可处理二氧化硅溶胶以提供可与氧化锆溶胶混合而无胶凝的高度酸性的二氧化硅溶胶(例如硝酸盐稳定化的)。
氧化锆溶胶可使用描述于1999年10月28日提交的美国专利No.6,376,590(Kolb等人)或2007年6月7日提交的美国专利No.7,429,422(Davidson等人)中的方法获得。如本文所用，术语“氧化锆(zirconia)”指氧化锆(zirconium oxide)的各种化学计量，最通常为ZrO2，也可称为氧化锆(zirconium oxide)或二氧化锆。氧化锆可含有至多30重量％的其他化学部分，例如Y2O3和有机材料。
二氧化硅-氧化锆纳米簇可通过将纳米二氧化硅溶胶与纳米氧化锆溶胶混合在一起，并将该混合物加热至至少450℃而制得。通常，将该混合物在约400至约1000℃，更通常约450至约950℃之间的温度下加热4至24小时以去除水、有机材料和其他挥发性组分，以及潜在地将颗粒弱聚集(不必须)。作为另外一种选择或除此之外，溶胶混合物可经历不同的加工步骤以去除水和挥发物。所得材料可被碾磨或研磨并分类以去除大的聚集体。在与树脂混合之前，填料可用例如硅烷进行表面处理。
在复合材料中所用的填料的量取决于具体的应用，如下文更详细地描述。通常，对于牙科修复组合物，填料含量在组合物的约40重量％至90重量％之间。在一些实施方式中，填料的折射指数(RI)基本上匹配树脂的折射指数(即填料的RI与树脂的RI的差别为约0.02至约0.05RI单位的量)也是理想的。
如本文所用，“折射率”或“折射指数”指材料(例如单体)的绝对折射率，其被理解为电磁辐射在自由空间中的速度与该辐射在该材料中的速度的比值。折射指数可使用已知方法，例如使用Abbe折射计(可购自例如Fisher Instruments of Pittsburgh，Pa.)在可见光区域测量。通常可以理解的是，所测得的折射率可能会因仪器而有一定程度的变化。测量通常根据仪器制造商的推荐和良好的实验室实践而进行。折射指数值也可通过将测试样品(通常在室温下)分散至具有不同的已知特定折射指数的光学液体中而测得。为此目的，具有校准光学液体的试剂盒可得自Cargille Laboratories(Cedar Grove，N.J.)。分散体的观察用光学显微镜进行。固体材料的折射指数可使用在显微镜研究下作为沿分散颗粒的外边缘出现的亮带的贝克线来确定。贝克线可表明固体材料和光学液体的折射指数之间的相对差别或相等。
另外的填料
除了二氧化硅-氧化锆纳米簇填料之外，本发明的组合物可任选含有一种或多种其他填料。这些填料可选自广泛种类的适于掺入用于牙科应用的组合物中的材料中的一种或多种，例如目前用于牙齿修复组合物中的填料等。
填料的选择影响牙科复合材料的重要特性，诸如其外观、射线不透性以及物理和机械性能。通过调节复合材料中成分的量和相对折射率，从而使得复合材料的半透明度、不透明度或珠光度改变，来部分影响外观。如此，如果需要，可使得牙科材料外观近似逼近自然齿系的外观。
射线不透性是牙科复合材料能够经由x-射线检查所检测的量度。通常射线不透的牙科复合材料将是适宜的，例如，以能够使牙科医生确定牙齿修复是否仍完好。在其它条件下，非射线不透的复合材料是可取的。用于射线不可透制剂的合适填料描述于EP-A2-0 189 540、EP-B-0 238 025和美国专利No.6,306,926 B1中。
在本文中把掺入到复合材料中的填料量称为“装填量”，表示为按牙科材料总重量计的重量百分比，根据填料的类型、组合物的可固化树脂和其它组分以及复合材料的最终用途而有所不同。
对于某些牙科材料如密封剂，可以填充少许(例如，装填量小于约40重量％)或不填充进本发明的组合物。在这种实施方式中，牙科材料的粘度足够低，使其能渗入牙齿咬合面上的凹处和裂隙以及渗入牙釉质的腐蚀区，从而协助保持牙科材料。在其中期望高强度或耐久性的应用中(如前牙或后牙修复剂、假体、牙冠和牙桥粘固剂、人造牙冠、人造牙齿和假牙)，装填度可高达约95重量％。对于大多数牙科修复和假牙的应用来说，装填量通常为至少40重量％，更典型地为约60重量％至90重量％。
用在本发明的组合物中的填料通常为细碎的。所述填料可具有单峰或多峰(例如双峰)的粒度分布。填料的最大粒度(颗粒的最大尺寸，通常是直径或体积平均)通常小于50微米，更典型地小于10微米，最典型地小于5微米。在一些实施例中，填料的数均粒径通常小于0.5微米，更典型地小于0.2微米，但在其他实施例中，平均粒径可更大，材料可包含最大粒径大约40微米的颗粒。
填料可以是无机材料。它也可以是不溶于树脂体系的交联有机材料，并且可任选填充无机填料。所述填料在任何情况下均应是无毒的并且适用于口腔。所述填料可以是辐射透不过的或辐射可透过的。所述填料通常基本上不溶于水。
除了SiO2-ZrO2纳米簇之外，可包含于组合物中的其他合适的无机填料的例子为天然存在的材料或合成材料，包括但不限于：石英(即二氧化硅，SiO2)；氮化物(例如氮化硅)；由例如Zr、Sr、Ce、Sb、Sn、Ba、Zn和Al得到的玻璃；长石；硼硅酸盐玻璃；高岭土；滑石粉；二氧化钛；低莫氏硬度填料，如描述于美国专利No.4,695,251(Randklev)中的那些；和亚微米二氧化硅颗粒(例如热解二氧化硅，例如可以商品名AEROSIL(包括“OX 50”、“130”、“150”和“200”二氧化硅)得自Degussa Corp.(Akron，OH)和以商品CAB-O-SIL M5二氧化硅得自Cabot Corp.(Tuscola，IL)的那些)。在一些实施例中，二氧化硅或纳米二氧化硅颗粒是非热解的，即包含非热解法二氧化硅。合适的有机填料颗粒的例子包括填充或未填充的粉化聚碳酸酯、聚环氧化物等。另外的填料可为酸反应性的、非酸反应性的或它们的组合。
还可掺入金属填料，例如由纯金属如IVA、VA、VIA、VIIA、VIII、IB或IIB族的那些；IIIB族的铝、铟和铊；和IVB族锡和铅以及它们的合金制得的粒状金属填料。还可任选掺入传统的牙科汞齐合金粉末，其典型地为银、锡、铜和锌的混合物。所述粒状金属填料优选具有约1微米至约100微米，更优选1微米至约50微米的平均粒度。还可以想到这些填料的混合物，以及由有机和无机材料制得的组合填料。未处理或硅烷醇处理的氟铝硅酸盐玻璃填料是尤其优选的。当放置于口腔环境中时，这些玻璃填料具有在牙齿治疗位点释放氟化物的额外有益效果。
在一些实施方式中，组合物可以包含酸反应性填料。合适的酸反应性填料包括金属氧化物、玻璃和金属盐。典型的金属氧化物包括氧化钡、氧化钙、氧化镁和氧化锌。典型的玻璃包括硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃和氟铝硅酸盐(“FAS”)玻璃。FAS玻璃是尤其优选的。如果有FAS玻璃，通常其包含足量可洗脱的阳离子，从而当使玻璃与可硬化组合物的组分混合时将形成硬化的牙科用组合物。玻璃还通常包含足量的可洗提氟离子，以使得硬化组合物会具有止龋特性。可以采用FAS玻璃制造领域的技术人员所熟悉的技术，由包含氟化物、氧化铝及其它玻璃形成成分的溶体制成这种玻璃。如果有FAS玻璃，其形式通常为足够细碎的颗粒，从而可以方便地使它们与其它粘固剂组分混合，并且当将所得到的混合物用在口中时可以具有更好的性能表现。
一般来说，使用例如沉降分析仪进行测量时，用在这种组合物中的FAS玻璃的平均粒度(通常是直径)不超过约12微米，典型地不超过10微米，更典型地不超过5微米。适宜的FAS玻璃是本领域技术人员所熟悉的，并且可得自多种商业来源，并且许多存在于目前可用的玻璃离聚物粘固剂中，例如可以商品名VITREMER、VITREBOND、RELY X LUTING CEMENT、RELY X LUTING PLUS CEMENT、PHOTAC-FIL QUICK、KETAC-MOLAR和KETAC-FIL PLUS(3M ESPE Dental Products，St.Paul，MN)、FUJI II LC和FUJI IX(G-C Dental Industrial Corp.，Tokyo，Japan)和CHEMFIL Superior(Dentsply International，York，PA)商购获得的那些。如果需要，可使用填料的混合物。
所述填料颗粒的表面还可用偶联剂处理以增强填料与树脂之间的键合。合适的偶联剂包含γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷等。经硅烷处理的氧化锆-二氧化硅(ZrO2-SiO2)填料与纳米填料、经硅烷处理的二氧化硅填料与纳米填料、经硅烷处理的氧化锆填料与纳米填料以及它们的组合特别适合于某些修复组合物。其他合适的填料公开于美国专利No.6,387,981(Zhang等人)；No.6,572,693(Wu等人)；No.6,730,156(Windisch)；和No.6,899,948(Zhang)以及国际公布No.WO 03/063804(Wu等人)中。描述于这些参考文献中的填料组分包括纳米尺寸的二氧化硅粒子、纳米尺寸的金属氧化物粒子以及它们的组合。美国专利公布No.2005/0252413(Kangas等人)；2005/0252414(Craig等人)；和No.2005/0256223(Kolb等人)中也描述了纳米填料。
对于包含填料的本发明的一些实施例(如，牙齿粘合剂组合物)而言，按所述组合物的总重量计，所述组合物通常包含至少1重量％，更典型地至少2重量％，最典型地至少5重量％的填料。对此类实施例而言，按所述组合物的总重量计，本发明的组合物通常包含最多40重量％，更典型地最多20重量％，最典型地最多15重量％的填料。
对于其它实施例而言(如，其中所述组合物为牙齿修复剂或矫正粘合剂)，按所述组合物的总重量计，本发明的组合物通常包含至少40重量％，更典型地至少45重量％，最典型地至少50重量％的填料。对这类实施例而言，按所述组合物的总重量计，本发明的组合物通常包含最多90重量％，更典型地最多80重量％，更典型地最多70重量％的填料，且最典型地最多50重量％的填料。
其它添加剂
可任选地，本发明的组合物可以包含溶剂(如，醇(例如丙醇、乙醇)、酮(例如丙酮、甲基乙基酮)、酯(例如乙酸乙酯)、其它非水溶剂(例如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、1-甲基-2-吡咯烷酮))或它们的混合物。
在本发明的一些实施方式中，组合物是非水性的。在其他实施方式中，组合物可任选包含水。水可以是蒸馏水、去离子水或简单的自来水。如果有水的话，水量应该足以提供适当的处理及混合性能，和/或容许离子的传递(特别是在填料-酸反应当中)。在这类实施例中，水占用于形成可硬化组合物的成分的总重量的至少约1重量％，更优选占至少约5重量％。一般来说，水在用于形成可硬化组合物的成分的总重量中所占不超过约75重量％，更优选不超过约50重量％。
如果需要，本发明的组合物可以包含添加剂，如指示剂、染料(包括光漂白型染料)、颜料、抑制剂、促进剂、粘度调节剂、润湿剂、抗氧化剂、酒石酸、螯合剂、缓冲剂、稳定剂、稀释剂，以及对本领域技术人员来说显而易见的其它类似成分。表面活性剂，例如非离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂，以及它们的组合可任选地用于所述组合物。可用的表面活性剂包括不可聚合的和可聚合的表面活性剂。另外，还可任选向牙科用组合物中加入药剂或其他治疗性物质。例子包括但不限于牙科用组合物中常用类型的氟化物源、增白剂、防龋剂(例如木糖醇)、再矿化剂(例如磷酸钙化合物以及其它的钙源和磷酸盐源)、酶、口气清新剂、麻醉剂、凝血剂、酸中和剂、化疗剂、免疫反应调节剂、触变胶、多元醇、消炎剂、抗微生物剂、抗真菌剂、口腔干燥处理剂、脱敏剂等。还可使用上述任何添加剂的组合。本领域技术人员可无需进行过多的实验就能对任何一种上述添加剂的选择和量加以选定，以达到所期望的结果。
含有二氧化硅-氧化锆填料的牙科用组合物的制备和用途
本发明的牙科用组合物可使用传统的混合技术通过混合各种组分来制备。所得到的组合物可任选包含填料、溶剂、水和本文所述的其它添加剂。通常，通过在“安全光线”条件下简单地混合本发明组合物中的组分来制备本发明的光致聚合型组合物。当对此混合物有影响时，如果需要，可使用适宜的惰性溶剂。可使用任何不会与本发明组合物的组分显著反应的溶剂。合适的溶剂的实例包括丙酮、二氯甲烷、乙腈和内酯。可使用待聚合的液体材料作为另一种待聚合的液体或固体材料的溶剂。无溶剂组合物可通过在使用或不使用温和加热以有利于溶解的情况下，简单地将(任选的)碘鎓络合盐、敏化剂和电子供体溶解于可聚合树脂中而制得。
应在聚合反应之前和之后，调节牙科材料中每种成分的量和类型，以提供所期望的物理和处理特性。例如，通常通过改变聚合引发剂的类型和量以及填料的装填和粒度分布来部分调节牙科材料的聚合速率、聚合稳定性、流动性、压缩强度、拉伸强度和耐久性。上述调节通常基于对牙科材料的先前经验，根据经验来实施。当将牙科材料施用到牙齿上时，可任选用底物和/或粘合剂经由本领域技术人员已知的方法来对牙齿进行预处理。
所述组合物可以多种形式提供，包括单部分体系和多部分体系，例如两部分粉末/液体、糊剂/液体、糊剂/粉末和糊剂糊剂体系。其它采用多部分组合(即两个或更多个部分的组合)的形式也是可能的，其中每一个可以为粉末、液体、凝胶或糊剂形式。可以按任意所需的方式把组合物的各种组分分开成单独的部分；然而，在氧化还原多部分体系中，一部分通常包含氧化剂，而另一部分通常包含还原剂，但是如果可(例如通过采用微囊包封)保持各组分隔开，也可以在系统的同一部分中合并还原剂和氧化剂。此外，对于其中牙科用组合物为树脂改性的玻璃离聚物(RMGI)的那些实施方式，多元酸、酸反应性填料和水通常不会全部存在于同一部分中，但是可将这些当中的任意两种连同其他组分的任意组合组在同一部分中。
组合物中的组分可包括于套盒中，其中将所述组合物内容物包装以储存所述组分，直至需要它们。
可混合组合物中的组分并使用传统的技术临床应用。通常需要固化光来引发光致聚合型组合物。组合物的形式可以为能非常好地粘附牙质和/或牙釉质的复合材料或修复剂。任选地，在使用可硬化组合物的牙组织上可以使用底物层。
本发明涵盖了广泛种类的牙科用组合物。示例性的牙齿材料包括牙齿修复剂(如复合物、填充物、密封剂、镶嵌物、填补物、牙冠和牙桥)、矫正器具和矫正粘合剂。上述牙科材料包括直接美容修复剂材料(如前牙和后牙修复剂)、假体、口腔硬质组织的粘合剂和底料、密封剂、镶面、洞衬剂、与任何类型牙托(诸如金属、塑料和陶瓷)一起使用的矫正牙托粘合剂、牙冠和牙桥粘固剂、人造牙冠、人造牙齿、假牙等。这些牙科材料用于口腔中，并且邻近自然牙齿放置。如本文所用，短语“邻近放置”是指放置临时或持久与自然牙齿粘接(如粘合)或接触(如咬合或接近)的牙科材料。
通过以下实例进一步说明了本发明的特征和优点，该实例绝不旨在对其作出限制。这些实例中叙述的具体材料及其量以及其他条件和细节，不应当理解为对本发明的不当限制。除非另外指明，否则所有份数和百分比都是按重量计，所有水为去离子水，并且所有分子量均为重均分子量。
实例
除非另外指明，否则试剂和溶剂获自Sigma-Aldrich Corp.，St.Louis，MO)。
如本文所用，
“bisGMA”指2，2-双[4-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧丙氧基)苯基]丙烷；
“TEGDMA”指三乙二醇二甲基丙烯酸酯，获自Sartomer Co.，Inc.，Exton，PA；
“UDMA”指二脲烷二甲基丙烯酸酯，以商品名“ROHAMERE 6661-0”获自Rohm America LLC，Piscataway，NJ；
“BisEMA6”指乙氧基化的双酚A二甲基丙烯酸酯，获自Sartomer Co.，Inc.，Exton，PA；
“BHT”指丁基化羟基甲苯；
“BZT”指2-(2-羟基-5-甲基丙烯酰氧基乙基苯基)-2H-苯并三唑，获自Ciba，Inc.，Tarrytown，NY；
“ENMAP”指乙基-(N-甲基-N-苯基)氨基丙酸酯，使用已知方法合成，如由Adamson等人；JCSOA9；J.Chem.Soc.；1949；spl.144，152描述的那些，将该文献以引用方式并入本文；
“CPQ”指樟脑醌；
“Irgacure 819”指双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化膦，获自Ciba，Inc.，Tarrytown，NY；
“PEG 600 DM”指聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，平均分子量～600，可得自Sartomer Co.，Inc.，Exton，PA；并且
“GENIOSIL GF-31”或“GF-31”指3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷组合物，得自Wacker Chemie AG，Munich，Germany。
树脂A的制备：
通过将如下表1(所有量为重量分数)所示的相对量的组分混合在一起来制备树脂：
表1.树脂A配方。
Figure BPA00001374124500201
填料A的制备：
填料A可通过这样制得：称重105.24g NALCO 1042二氧化硅溶胶，加入3.15g 70wt％的HNO3溶液，并将其加入至45.16g酸还原的氧化锆溶胶(基本上如2007年6月7日提交的美国专利No.7,429,422(Davidson等人)所述制得)中。这样得到大约73wt％二氧化硅对27wt％氧化锆(以氧化物重量计)的氧化物混合物。将100g砂糖加入至该混合物中。将所得溶胶倾注入陶瓷容器中并在625C下烧制以去除挥发物和有机材料。随后将所得烧制材料用研钵和研杵研磨，并筛分通过75微米尼龙筛以去除大的凝聚物。然后通过将25.000g所得研磨氧化物、3.270g GF-31硅烷、27.4g乙酸乙酯和0.447g 30％NH4OH溶液混合在一起来将材料进行硅烷处理。在派热克斯托盘中闪蒸出乙酸乙酯之前，允许混合大约4小时，然后在90C下加热30分钟。
填料B的制备(无糖)：
填料B通过这样制备：称重45.16g酸还原的氧化锆溶胶(基本上如2007年6月7日提交的美国专利No.7,429,422，(Davidson等人)所述制得)，并向其加入105.65g NALCO 1042二氧化硅溶胶和1.19g 70wt％的硝酸溶液的混合物。将该混合物直接倾注入陶瓷烧制容器，并在625C下烧制4小时以去除水和有机挥发物。该所得氧化物也为大约73wt％二氧化硅对27wt％氧化锆。将所得填料用研钵和研杵研磨，筛分通过75微米尼龙筛以去除大的凝聚物。将40g该材料加入至6.02g GF-31硅烷、49g乙酸乙酯和0.76g 30％NH4OH溶液。反应3小时，在派热克斯托盘中闪蒸出溶剂，并将材料在90C下烘烤30分钟以得到最终填料。
填料C的制备：
如上述针对填料B所述用相同比例的材料制备填料C。将填料加热至825C 8小时(而不是625C)并在球磨机而不是研钵和研杵中研磨，将填料分散于1-甲氧基-2-丙醇中进行硅烷处理，在向填料重量中加入11％的GF-31的情况下，在8.75的pH下(NH4OH调节)加热至80C 3小时，然后将材料间隙干燥。
填料D的制备(阴性对照)：
具有大约73％二氧化硅对27％氧化锆的比例的衍生自醋酸氧锆的经硅烷处理的二氧化硅/氧化锆填料基本上如美国专利No.6,730,156的制备例A和B所述制得，不同的是在硅烷化之前，将填料在研磨后再次在713℃下煅烧11小时以去除另外的残余物。
实例E1-E3和比较例CE1-CE2
通过将如下表2所列的组分混合在一起来制备几种不同的糊剂。
表2.糊剂配方。
Figure BPA00001374124500221
糊剂E1、E2、E3和CE2对肉眼显示显著的乳光，在白色背景下显现橙/黄色，在黑色背景下显现蓝/白色。糊剂CE1对肉眼不显示乳光特性，在黑色和白色背景下对肉眼均显现黄色。所有糊剂显现为半透明至透明的。
在HunterLab Ultrascan XE(Hunter Associates Laboratory，Inc.，Reston VA，USA)分光光度计上定量测量糊剂E1、E3、CE1和CE2的乳光，Cab值(乳光)通过如下所述获得以对黑色背景的反射率及以透射率模式测得的a*和b*值之间的差测得。这是两个测量的色空间的a-b平面中的矢量差。结果如表3中所示。
样品可通过这样制得：在金属环中制备1英寸直径的复合材料光具盘(每个～1.3g)，通过在模具中压制盘，在带XL 3000牙科光固化灯的聚酯薄膜下在盘的整个表面上的9个重叠点中每个固化20秒(以确保完全固化)制得1mm厚(+/-.02mm)的复合材料盘。将这些盘取至亨特单位(hunter unit)，在大样品使用(1英寸)和较大孔开口的校准之后，在黑色背景下以反射率模式进行测量。再次校准仪器以进行透射率测量，然后以透射率模式获取读数，雾度测量也以透射率模式进行。记录L*，a*，b*坐标(对反射率和透射率)和雾度值(仅对透射率)。Cab通过如下计算：Cab＝((b* ref-b* trans)2+(a* ref-a* trans)2)1/2
表3.乳光测量。
  糊剂   Cab
  E1   24.114
  E3   21.068
  CE1   7.0378
  CE2   20.420
由表3可以看出，含有填料A和填料C，且二氧化硅-氧化锆纳米簇由预成形的氧化锆颗粒形成的样品比含有衍生自醋酸氧锆的二氧化硅/氧化锆填料的糊剂(CE1)提供更多的乳光。乳光也在非常类似于FILTEK SUPREME PLUSTM(CE2)半透明色调(仅有二氧化硅)(其是非常理想的，接近自然牙釉质的乳光)的范围内。
E3和CE1的雾度测量直接获自仪器上的透射率测量，并在表4中提供。含有乳光填料C的样品比含有衍生自醋酸氧锆的二氧化硅/氧化锆填料的样品(CE1)显示出显著更低的雾度。
表4.雾度测量。
  糊剂   雾度
  E3   47.34
  CE1   86.23
用该乳光二氧化硅-氧化锆填料制得的糊剂(E1、E2和E3)也具有有趣的光学效果，所述光学效果为具有对光透射的较小角度依赖性。当用于牙修复体时，如图1所示的该效果具有提供更明亮逼真的修复的潜力。当从在所述新材料后方观察的对象上进一步移出该新材料时，该新材料也能够比常规糊剂更清晰地透过它们透射图像。
在不脱离本发明的范围和精神的前提下，本发明的各种修改和更改对本领域的技术人员而言将是显而易见的。应当理解，本发明并非意图受本文中示出的示例性实施例和实例的不当限制，这些实例和实施例仅以举例的方式提供，本发明的范围仅旨在受本文示出的权利要求书的限制。
将本文所引用的专利、专利文献和出版物的完整公开内容以引用方式全文并入本文，就如同将它们各自单独地并入本文一样。

Claims (35)

1.一种制备用于复合材料的填料的方法，所述方法包括：
(a)提供包含平均直径为约3nm至约30nm的预成形的结晶氧化锆纳米粒子的氧化锆溶胶，
(b)提供包含平均直径为约10nm至约100nm的二氧化硅纳米粒子的二氧化硅溶胶，
(c)合并所述氧化锆溶胶和所述二氧化硅溶胶以形成氧化锆和二氧化硅纳米粒子的混合物，
(d)将所述混合物加热至约400℃至约1000℃的温度，以及
(e)研磨所述已加热混合物以形成包含二氧化硅-氧化锆纳米簇的填料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米簇具有约0.01至约100微米的平均体积直径。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米簇具有约0.5至约10微米的平均体积直径。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述二氧化硅纳米粒子具有约15nm至约60nm的平均直径。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述氧化锆纳米粒子具有约5nm至约15nm的平均直径。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述二氧化硅纳米粒子具有约15nm至约35nm的平均直径，并且所述氧化锆纳米粒子具有约5nm至约15nm的平均直径。
7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述二氧化硅纳米粒子和所述氧化锆纳米粒子均匀地分布于所述纳米簇中。
8.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括在与所述氧化锆溶胶混合之前将所述二氧化硅溶胶的pH降低至1.2以下。
9.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括表面处理所述填料的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述填料用硅烷偶联剂进行表面处理。
11.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述二氧化硅-氧化锆填料具有约1.44至约1.65的折射指数。
12.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述氧化锆溶胶为酸还原的。
13.一种根据前述任一项权利要求所述的方法制得的填料。
14.一种包含根据权利要求13所述的填料的复合材料。
15.一种可硬化牙科用组合物，所述牙科用组合物包含：
(a)可聚合组分，
(b)引发剂体系，和
(c)包含氧化锆纳米粒子和二氧化硅纳米粒子的纳米簇的填料，其中当根据所述乳光测试方法进行测量时，所述组合物具有至少15的Cab值。
16.根据权利要求15所述的组合物，其中所述纳米簇具有约0.01至约100微米的平均体积直径。
17.根据权利要求15所述的组合物，其中所述纳米簇具有约0.5至约10微米的平均体积直径。
18.根据权利要求15-17任一项所述的组合物，其中所述二氧化硅纳米粒子具有约15nm至约60nm的平均直径。
19.根据权利要求15-18任一项所述的组合物，其中所述氧化锆纳米粒子具有约5nm至约15nm的平均直径。
20.根据权利要求15所述的组合物，其中所述二氧化硅纳米粒子具有约15nm至约35nm的平均直径，并且所述氧化锆纳米粒子具有约5nm至约15nm的平均直径。
21.根据权利要求15-20任一项所述的组合物，其中所述二氧化硅纳米粒子和所述氧化锆纳米粒子均匀地分布于所述纳米簇中。
22.根据权利要求15-21任一项所述的组合物，其中当根据所述乳光测试方法进行测量时，组合物具有至少18的Cab值。
23.根据权利要求15-21任一项所述的组合物，其中当根据所述乳光测试方法进行测量时，所述组合物具有至少20的Cab值。
24.根据权利要求15-23任一项所述的组合物，其中所述组合物具有小于70雾度单位的雾度测量值。
25.根据权利要求24所述的组合物，其中所述雾度测量值低于60雾度单位。
26.根据权利要求25所述的组合物，其中所述雾度测量值低于55雾度单位。
27.根据权利要求15-26任一项所述的组合物，其中将所述纳米簇进行表面处理。
28.根据权利要求27所述的组合物，其中将所述纳米簇用硅烷进行表面处理。
29.根据权利要求15-28任一项所述的组合物，其中所述可聚合组分包含烯键式不饱和化合物。
30.根据权利要求29所述的组合物，其中所述可聚合组分包含(甲基)丙烯酸酯。
31.根据权利要求15-30任一项所述的组合物，其中所述组合物具有约1.44至约1.65的折射指数。
32.根据权利要求15所述的组合物，其中所述填料是根据权利要求1-12任一项所述的方法制得。
33.一种包含根据权利要求15-31任一项所述的牙科复合材料的牙科修复材料。
34.根据权利要求33所述的牙科修复材料，其中所述材料为填充材料、预成形牙桥或牙冠、可流动修复体或临时修复材料。
35.一种包含根据权利要求15所述的组合物的研磨坯料。
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