CN102860921A - 一种牙科树脂复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种牙科树脂复合材料的制备方法。现有牙科树脂材料存在一定不足。本发明方法首先将过硫酸钾加入碱性水溶液中,反应后形成硫酸根自由基水溶液;将表面修饰剂和钡源化合物加入蒸馏水中,形成硫酸根自由基水溶液;然后将修饰剂钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中,得到硫酸钡悬浮液,冷却、洗涤、干燥后得到纳米硫酸钡粉体;将甲基丙烯酸酯类树脂单体和光引发剂混合,得到单体混合液;将纳米硫酸钡粉体、单体混合液和无机填料按比例混合均匀后注入到模具中,采用光固化机固化,得到所述牙科树脂复合材料。本发明方法制备的牙科树脂复合材料体积收缩率降低、力学强度增大、具有良好的X射线显影性和生物相容性。
Description
技术领域
本发明属于化学合成技术领域,涉及一种含有表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料的制备方法。
背景技术
自从20世纪60年代发明光固化牙科树脂材料以来,这一类材料由于美观无毒、使用方便,发展非常迅速。但是由于牙科树脂聚合过程中出现体积收缩,患者继发性龋齿的发病率较高。且高分子树脂的耐磨能力和力学强度有限,因此极大的限制了牙科树脂材料的使用寿命。随着人们对牙科材料认识加深,发展一种高耐磨、力学强度大、体积收缩率小的新型牙科树脂材料显得尤为重要。
目前见于报道的提高牙科树脂材料性能的方法多是对无机填料进行改性。专利号为CN101129294.A的中国专利公开了一种纳米含氟高强树脂牙科材料及其制备方法,这种方法提出纳米粒子的加入能提高牙科树脂材料的耐磨性和力学性能。专利号为CN1679467.A的中国专利公开了一种含有纳米级分散型硅酸颗粒的牙科材料,该材料采用表面改性的纳米级硅酸颗粒,改性过的无机填料与树脂基体以共价键形式连接,提高了牙科材料的力学性能。
以上方法均能一定程度提高牙科树脂材料的力学性能,延长其使用寿命,但是牙科树脂材料体积收缩导致的继发性龋齿问题依然存在,而且由于传统牙科树脂材料的无机填料X射线显影性较弱,因此给患者的治疗过程带来极大的不便。
由于牙科树脂的体积收缩是由于单体的聚合导致的,因此提高牙科树脂复合材料中无机填料的比例,从而降低牙科树脂单体的比例能有效地减少体积收缩。纳米硫酸钡粉体密度大,作为牙科树脂的复配无机填料能有效降低树脂单体的比例,且硫酸钡优异的X射线不够过性能为继发性龋齿病人的医治带来方便。对纳米硫酸钡表面进行改性,使其表面带有双键,纳米硫酸钡粉体与树脂之间以共价键的形式结合,则能提高牙科材料的力学性能。
目前制备纳米硫酸钡的主要方法有络合法、微孔技术法和表面改性法。专利号为CN02135370.0的中国专利公开了一种EDTA络合沉淀法制备纳米硫酸钡的方法,这种方法合成的粒径虽小,但是很难达到粒径分布窄的效果。专利号为CN201110063603.2的中国专利公开了一种利用微孔分散制备纳米硫酸钡的方法,虽然这两种方法制备的纳米硫酸钡粒径小,对基体的改性起到了一定的效果,但是它与基体材料之间的相互作用弱,对基体的改性效果也很有限。专利号为200810040786.4的中国专利公开了一种阴离子表面活性剂制备的改性纳米硫酸钡的方法,这种方法对硫酸钡表面进行改性,但是其反应过程非常迅速,难以达到可控合成的效果。
上述几种硫酸钡粒径调控以及表面改性方法存在着明显的缺陷,首先,硫酸钡合成过程反应非常剧烈,反应过程调控难度很大;其次,修饰分子与硫酸钡表面相互作用较弱,对纳米硫酸钡粉体表面性质改善有限;再次,采用这些方法改性的纳米硫酸钡与涂料、塑料、纤维素等基质之间的相互作用主要是亲水/疏水以及范德华力相互作用,这些相互作用都属于弱相互作用,影响表面改性硫酸钡和高分子基质之间的结合,若用于牙科树脂材料的制备,必然影响其性能。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足,提供一种含有表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料的制备方法。
本发明方法的具体步骤是:
步骤(1).将过硫酸钾加入PH值为8.5~9.5的碱性水溶液中,溶解形成过硫酸钾水溶液;将过硫酸钾水溶液加热至45~60℃,然后反应15~30分钟,形成硫酸根自由基水溶液;反应后,过硫酸根分解为硫酸根自由基,并产生少量的硫酸根离子;
所述的碱性水溶液为KOH水溶液、NaOH水溶液、LiOH水溶液、Ba(OH)2水溶液、氨水中的一种;每升碱性水溶液中加入5~10克过硫酸钾;
步骤(2).将表面修饰剂和钡源化合物加入蒸馏水中,搅拌均匀,形成修饰剂钡离子水溶液;每升蒸馏水中加入1~5克表面修饰剂、5~20克钡源化合物;
所述的表面修饰剂为甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯盐、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯中的一种;
所述的钡源化合物为硝酸钡、氯化钡、溴化钡、氢氧化钡和硫化钡中的一种或多种;
步骤(3).在0.5~1小时内将修饰剂钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中,然后在45~60℃,搅拌反应4~8小时,得到硫酸钡悬浮液;加入的修饰剂钡离子水溶液与硫酸根自由基水溶液的体积比为1~1.5:1;
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温,用蒸馏水洗涤3~4次,在45~60℃下干燥,得到纳米硫酸钡粉体;
步骤(5).将甲基丙烯酸酯类树脂单体和光引发剂混合,在60~80℃下搅拌混合均匀,得到单体混合液;单体混合液中光引发剂的质量含量为0.8~1.2﹪;
所述的甲基丙烯酸酯类树脂单体为双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸三甘醇酯的混合物,混合物中双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量含量为30~70﹪;
所述的光引发剂为樟脑醌和对二甲氨基苯甲酸乙酯的混合物,混合物中樟脑醌的质量含量为20~40﹪;
步骤(6).将纳米硫酸钡粉体、单体混合液和无机填料搅拌混合均匀,得到牙科树脂预聚物;牙科树脂预聚物中纳米硫酸钡粉体的质量含量为1~5﹪、单体混合液的质量含量为15~25﹪、无机填料的质量含量为70~80﹪;
所述的无机填料为二氧化硅、氧化锆、磷酸钙、玻璃中的一种或几种;
步骤(7).将牙科树脂预聚物注入到模具中,采用光固化机固化,功率为5~50W下用蓝光光照60~240秒,得到固化的含表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料。
本发明方法制备的含有表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料与传统的牙科树脂复合材料相比,该材料体积收缩率降低、力学强度增大、具有良好的X射线显影性和生物相容性。
本发明方法采用过硫酸钾作为硫酸钡前驱体,以含有磺酸基以及不饱和双键官能团的双官能团两亲性分子作为表面修饰剂,原位可控合成表面改性纳米硫酸钡粉体。制备的表面改性硫酸钡粒径均匀,表面带有不饱和双键。将制备的表面改性纳米硫酸钡粉体作为复配的无机填料,制备了一种含有改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料,该材料体积收缩率低,具有良好的X射线不透过性,力学性能优异,生物相容性好。
具体实施方式
实施例1
步骤(1).将5克过硫酸钾加入1升PH值为8.5的KOH水溶液中,溶解形成过硫酸钾水溶液;将过硫酸钾水溶液加热至45℃,然后反应30分钟,形成硫酸根自由基水溶液;
步骤(2).将1克甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯和5克氯化钡加入1升蒸馏水中,搅拌均匀,形成修饰剂钡离子水溶液;
步骤(3).按照体积比为1:1在0.5小时内将修饰剂钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中,然后在45℃下搅拌反应6小时,得到硫酸钡悬浮液;
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温,用蒸馏水洗涤3次,在45℃下干燥,得到椭圆球形表面改性纳米硫酸钡粉体,粉体粒径为100~150nm左右;
步骤(5).将1.3克双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、3.5克二甲基丙烯酸三甘醇酯、0.01克樟脑醌、0.04克对二甲氨基苯甲酸乙酯在60℃水浴中加热搅拌,混合均匀,得到5.05克单体混合液;
步骤(6).将1克纳米硫酸钡粉体、5克单体混合液、14克无机填料混合均匀,得到20克牙科树脂预聚物;
步骤(7).将牙科树脂预聚物注入到模具中,采用光固化机固化,功率为5W下用蓝光光照240秒,得到固化的含表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料。
实施例2
步骤(1).将6克过硫酸钾加入1升PH值为9的NaOH水溶液中,溶解形成过硫酸钾水溶液;将过硫酸钾水溶液加热至50℃,然后反应20分钟,形成硫酸根自由基水溶液;
步骤(2).将2克甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐和8克硝酸钡加入1升蒸馏水中,搅拌均匀,形成修饰剂钡离子水溶液;
步骤(3).按照体积比为1.1:1在35分钟内将修饰剂钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中,然后在50℃下搅拌反应7小时,得到硫酸钡悬浮液;
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温,用蒸馏水洗涤4次,在50℃下干燥,得到椭圆球形表面改性纳米硫酸钡粉体,粉体粒径为50nm左右;
步骤(5).将3.5克双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、1.5克二甲基丙烯酸三甘醇酯、0.012克樟脑醌、0.038克对二甲氨基苯甲酸乙酯在70℃水浴中加热搅拌,混合均匀,得到5.05克单体混合液;
步骤(6).将0.2克纳米硫酸钡粉体、5克单体混合液、14.8克无机填料混合均匀,得到20克牙科树脂预聚物;
步骤(7).将牙科树脂预聚物注入到模具中,采用光固化机固化,功率为10W下用蓝光光照200秒,得到固化的含表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料。
实施例3
步骤(1).将7克过硫酸钾加入1升PH值为9.5的LiOH水溶液中,溶解形成过硫酸钾水溶液;将过硫酸钾水溶液加热至55℃,然后反应20分钟,形成硫酸根自由基水溶液;
步骤(2).将3克2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和10克溴化钡加入1升蒸馏水中,搅拌均匀,形成修饰剂钡离子水溶液;
步骤(3).按照体积比为1.2:1在40分钟内将修饰剂钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中,然后在55℃下搅拌反应6小时,得到硫酸钡悬浮液;
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温,用蒸馏水洗涤3次,在55℃下干燥,得到椭圆球形表面改性纳米硫酸钡粉体,粉体粒径为80nm左右;
步骤(5).将3克双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、3克二甲基丙烯酸三甘醇酯、0.015克樟脑醌、0.035克对二甲氨基苯甲酸乙酯在80℃水浴中加热搅拌,混合均匀,得到6.05克单体混合液;
步骤(6).将1克纳米硫酸钡粉体、5克单体混合液、24克无机填料混合均匀,得到30克牙科树脂预聚物;
步骤(7).将牙科树脂预聚物注入到模具中,采用光固化机固化,功率为15W下用蓝光光照180秒,得到固化的含表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料。
实施例4
步骤(1).将8克过硫酸钾加入1升PH值为8.5的Ba(OH)2水溶液中,溶解形成过硫酸钾水溶液;将过硫酸钾水溶液加热至60℃,然后反应15分钟,形成硫酸根自由基水溶液;
步骤(2).将4克甲基丙烯酸3-磺酸丙酯盐和12克硫化钡加入1升蒸馏水中,搅拌均匀,形成修饰剂钡离子水溶液;
步骤(3).按照体积比为1.3:1在45分钟内将修饰剂钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中,然后在50℃下搅拌反应5小时,得到硫酸钡悬浮液;
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温,用蒸馏水洗涤4次,在60℃下干燥,得到椭圆球形表面改性纳米硫酸钡粉体,粉体粒径为150nm左右;
步骤(5).将3.1克双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、3.1克二甲基丙烯酸三甘醇酯、0.02克樟脑醌、0.03克对二甲氨基苯甲酸乙酯在75℃水浴中加热搅拌,混合均匀,得到6.25克单体混合液;
步骤(6).将2克纳米硫酸钡粉体、6克单体混合液、32克无机填料混合均匀,得到40克牙科树脂预聚物;
步骤(7).将牙科树脂预聚物注入到模具中,采用光固化机固化,功率为20W下用蓝光光照150秒,得到固化的含表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料。
实施例5
步骤(1).将9克过硫酸钾加入1升PH值为9的氨水溶液中,溶解形成过硫酸钾水溶液;将过硫酸钾水溶液加热至50℃,然后反应25分钟,形成硫酸根自由基水溶液;
步骤(2).将5克甲基丙烯酸3-磺酸丙酯和15克氢氧化钡加入1升蒸馏水中,搅拌均匀,形成修饰剂钡离子水溶液;
步骤(3).按照体积比为1.4:1在50分钟内将修饰剂钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中,然后在60℃下搅拌反应4小时,得到硫酸钡悬浮液;
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温,用蒸馏水洗涤3次,在50℃下干燥,得到椭圆球形表面改性纳米硫酸钡粉体,粉体粒径为50~100nm左右;
步骤(5).将2.5克双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、2.95克二甲基丙烯酸三甘醇酯、0.01克樟脑醌、0.04克对二甲氨基苯甲酸乙酯在65℃水浴中加热搅拌,混合均匀,得到5.5克单体混合液;
步骤(6).将1克纳米硫酸钡粉体、5克单体混合液、19克无机填料混合均匀,得到25克牙科树脂预聚物;
步骤(7).将牙科树脂预聚物注入到模具中,采用光固化机固化,功率为30W下用蓝光光照120秒,得到固化的含表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料。
实施例6
步骤(1).将10克过硫酸钾加入1升PH值为9.5的KOH水溶液中,溶解形成过硫酸钾水溶液;将过硫酸钾水溶液加热至45℃,然后反应25分钟,形成硫酸根自由基水溶液;
步骤(2).将2克甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、9克氯化钡、9克溴化钡加入1升蒸馏水中,搅拌均匀,形成修饰剂钡离子水溶液;
步骤(3).按照体积比为1.5:1在1小时内将修饰剂钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中,然后在50℃下搅拌反应7小时,得到硫酸钡悬浮液;
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温,用蒸馏水洗涤4次,在50℃下干燥,得到椭圆球形表面改性纳米硫酸钡粉体,粉体粒径为50nm左右;
步骤(5).将3克双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、1.94克二甲基丙烯酸三甘醇酯、0.015克樟脑醌、0.045克对二甲氨基苯甲酸乙酯在80℃水浴中加热搅拌,混合均匀,得到5克单体混合液;
步骤(6).将1克纳米硫酸钡粉体、5克单体混合液、22克无机填料混合均匀,得到28克牙科树脂预聚物;
步骤(7).将牙科树脂预聚物注入到模具中,采用光固化机固化,功率为40W下用蓝光光照100秒,得到固化的含表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料。
实施例7
步骤(1).将5克过硫酸钾加入1升PH值为9.0的NaOH水溶液中,溶解形成过硫酸钾水溶液;将过硫酸钾水溶液加热至50℃,然后反应30分钟,形成硫酸根自由基水溶液;
步骤(2).将3克甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐和7克氢氧化钡、7克硝酸钡、6克氯化钡加入1升蒸馏水中,搅拌均匀,形成修饰剂钡离子水溶液;
步骤(3).按照体积比为1:1.2在30分钟内将修饰剂钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中,然后在45℃下搅拌反应8小时,得到硫酸钡悬浮液;
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温,用蒸馏水洗涤3次,在45℃下干燥,得到椭圆球形表面改性纳米硫酸钡粉体,粉体粒径为60nm左右;
步骤(5).将1.8克双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯、3.15克二甲基丙烯酸三甘醇酯、0.02克樟脑醌、0.03克对二甲氨基苯甲酸乙酯在60℃水浴中加热搅拌,混合均匀,得到5克单体混合液;
步骤(6).将0.5克纳米硫酸钡粉体、5克单体混合液、19.5克无机填料混合均匀,得到25克牙科树脂预聚物;
步骤(7).将牙科树脂预聚物注入到模具中,采用光固化机固化,功率为50W下用蓝光光照60秒,得到固化的含表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料。
实施例1~7中的无机填料为二氧化硅、氧化锆、磷酸钙、玻璃中的一种或任意几种按照任意比例的混合物,为牙科复合材料中常用的添加剂。
Claims (2)
1. 一种牙科树脂复合材料的制备方法,其特征在于该方法的具体步骤是:
步骤(1).将过硫酸钾加入PH值为8.5~9.5的碱性水溶液中,溶解形成过硫酸钾水溶液;将过硫酸钾水溶液加热至45~60℃,然后反应15~30分钟,形成硫酸根自由基水溶液;每升碱性水溶液中加入5~10克过硫酸钾;
步骤(2).将表面修饰剂和钡源化合物加入蒸馏水中,搅拌均匀,形成修饰剂钡离子水溶液;每升蒸馏水中加入1~5克表面修饰剂、5~20克钡源化合物;
所述的表面修饰剂为甲基丙烯酸二甲基丙基磺酸胺乙酯、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯钾盐、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯盐、甲基丙烯酸3-磺酸丙酯中的一种;
所述的钡源化合物为硝酸钡、氯化钡、溴化钡、氢氧化钡和硫化钡中的一种或多种;
步骤(3).在0.5~1小时内将修饰剂钡离子水溶液缓慢加入硫酸根自由基水溶液中,然后在45~60℃,搅拌反应4~8小时,得到硫酸钡悬浮液;加入的修饰剂钡离子水溶液与硫酸根自由基水溶液的体积比为1~1.5:1;
步骤(4).将硫酸钡悬浮液冷却至常温,用蒸馏水洗涤3~4次,在45~60℃下干燥,得到纳米硫酸钡粉体;
步骤(5).将甲基丙烯酸酯类树脂单体和光引发剂混合,在60~80℃下搅拌混合均匀,得到单体混合液;单体混合液中光引发剂的质量含量为0.8~1.2﹪;
所述的甲基丙烯酸酯类树脂单体为双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯和二甲基丙烯酸三甘醇酯的混合物,混合物中双酚A甲基丙烯酸缩水甘油酯的质量含量为30~70﹪;
所述的光引发剂为樟脑醌和对二甲氨基苯甲酸乙酯的混合物,混合物中樟脑醌的质量含量为20~40﹪;
步骤(6).将纳米硫酸钡粉体、单体混合液和无机填料搅拌混合均匀,得到牙科树脂预聚物;牙科树脂预聚物中纳米硫酸钡粉体的质量含量为1~5﹪、单体混合液的质量含量为15~25﹪、无机填料的质量含量为70~80﹪;
所述的无机填料为二氧化硅、氧化锆、磷酸钙、玻璃中的一种或几种;
步骤(7).将牙科树脂预聚物注入到模具中,采用光固化机固化,功率为5~50W下用蓝光光照60~240秒,得到固化的含表面改性纳米硫酸钡粉体的牙科树脂复合材料。
2.如权利要求1所述的一种牙科树脂复合材料的制备方法,其特征在于步骤(1)中所述的碱性水溶液为KOH水溶液、NaOH水溶液、LiOH水溶液、Ba(OH)2水溶液、氨水中的一种。
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