CN105017083B

CN105017083B - 含氟结构不含双酚a结构的甲基丙烯酸酯大单体及其制法和应用

Info

Publication number: CN105017083B
Application number: CN201510290528.1A
Authority: CN
Inventors: 何经纬; 刘芳; 殷妹
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: Shanghai Quality Technology Co., Ltd
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2017-06-06
Anticipated expiration: 2035-05-29
Also published as: CN105017083A

Abstract

本发明公开了含氟结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体及其制法和应用。本发明制备的含氟结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体，可以作为牙科修复材料的有机单体组分。该大单体具有分子量大、分子体积大、不含双酚A结构、含氟结构等特点，因此，该大单体聚合时聚合体积收缩率较小，聚合产物有较好的机械性能。

Description

含氟结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体及其制法和应用

技术领域

本发明涉及可用作光引发聚合体系的大单体及其制法和应用，具体涉及含氟结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体及其制法和应用。

背景技术

龋齿和牙髓根尖周病是口腔临床中的多发病和常见病，其中龋齿被世界卫生组织列为是人类三大疾病之一,据《第三次全国口腔健康流行病学调查报告》显示，我国乳牙和恒牙患龋齿率分别高达66％和28％，若得不到及时治疗，将会继续发展为牙髓根尖周病，甚至会引起牙槽骨和颌骨炎症，严重影响患者的生活质量。因此，对龋齿和牙髓根尖周病进行有效的修复治疗十分必要。

含甲基丙烯酸酯结构的单体是光固化牙科修复材料不可缺少的有机组分。目前利用含甲基丙烯酸酯结构的单体制备光固化牙科修复材料不仅有大量的研究报道，而且已有许多已在临床中得到应用。专利US3066112和US6030606公开的一种含有双酚A结构的甲基丙烯酸酯类单体Bis-GMA是目前临床上最常用的甲基丙烯酸酯类牙科修复材料的主体树脂。虽然Bis-GMA相比较于甲基丙烯酸甲酯等小分子量单体而言具有较低的聚合收缩率，但是在临床上由于其聚合收缩所造成的治疗失败仍不可避免。

为了解决甲基丙烯酸酯类牙科修复的聚合收缩问题，合成具有大分子量和大分子体积的甲基丙烯酸酯单体的研究相当活跃，例如Junhao Ge等在双酚A结构的基础上合成了两种分子量分别为777，889的新型甲基丙烯酸酯大单体MtBDMA和DtBDMA，实验结果表明这两种大分子量和大体积单体可以有效降低聚合收缩率。Joong-Gon Ki等以1,1,1-三羟苯基乙烷，甲基丙烯酸二甲氨基乙酯，双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯等为原料合成了一系列三官能度的甲基丙烯酸酯类大单体，该系列大单体的收缩率比Bis-GMA要低很多，同时吸水性，水溶性以及双键转化率等性能也较好。Chan-Moon Chung等利用Bis-GMA，邻苯二甲酸酐合成了带有三个苯环结构的新单体，发现该单体的聚合收缩率(2.13％)比Bis-GMA的收缩率(2.74％)小，并且其水溶性(1.27μg/mm³)明显低于含Bis-GMA材料的水溶性(2.10μg/mm³)。

虽然以上所体积的大分子量和大体积单体可以降低甲基丙烯酸酯类牙科修复材料的聚合收缩，但是这些单体都属于Bis-GMA的衍生物，它们的结构中都含有双酚A基团。而近年来对双酚A结构的制品的安全性遭到越来越多国家的质疑，认为含有双酚A结构的制品可能会引起很多疾病包括与激素相关的癌症，甚至可能会影响婴幼儿成长发育等安全性的问题。因此，临床使用的含双酚A结构的甲基丙烯酸酯类牙科修复材料同样遭受安全性的质疑。

由于双酚A结构的潜在危险性，合成非双酚A结构，低收缩的甲基丙烯酸酯大单体，并将其用于牙科修复材料逐渐成为研究的热点。Mohammad Atai等用3-异氰酸酯基亚甲基-3，5，5-三甲基环己基异氰酸酯(IPDI)，聚乙二醇400(PEG400),以及甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为原料合成出了一种含氨基甲酸酯结构且不含双酚A结构的新型甲基丙烯酸酯大单体，研究表明，该种大单体和临床用的树脂单体Bis-GMA相比，具有较高的双键转化率和较低的聚合收缩率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的牙科修复材料聚合收缩大且含有具有潜在毒性的双酚A结构的甲基丙烯酸酯单体等的缺陷，提供一系列不含双酚A结构，具有含氟结构的多甲基丙烯酸酯大单体及其制法和应用。

本发明的另一个目的是提供上述新型甲基丙烯酸酯大单体在牙科修复材料中的应用。

本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：

一种新型甲基丙烯酸酯大单体，结构式如式(I)所示

结构式(I)中m为1到27中任意一个数值；

结构式(I)中R₁取结构式(II)中的任意一种；

结构式(II)中n为1到19中任意一个数值。

优选地，所述式(I)中不含双酚A结构；所述式(I)中含有氟结构。所述式(II)中含有氨基甲酸酯结构。

含氟结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体的制备方法，包括如下步骤：

在装有磁子的三颈瓶中加入IPDI或TDI，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断加入氟代二元醇，用溶剂淋洗恒压滴液漏斗，在5～60℃下反应0.5～10小时，直至二异氰酸酯体系中的-NCO百分比接近理论值，水浴调节温度至15～90℃，然后通过恒压滴液漏斗向反应器中加入甲基丙烯酸羟酯类化合物或2-羟基-1,3-二甲基丙烯酰氧基丙烷、催化剂和阻聚剂，并用溶剂淋洗恒压滴液漏斗，反应时间2～18小时，然后对反应产物进行提纯处理，得到含氟结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体。

上述方法中，所述步骤中，3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯(IPDI)或2,4-二异氰酸甲苯酯(TDI)与氟代二元醇的摩尔比为2:1～1.5:1；甲基丙烯酸羟酯类化合物或2-羟基-1,3-二甲基丙烯酰氧基丙烷与，3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯(IPDI)或2,4-二异氰酸甲苯酯(TDI)的摩尔比为1:1～1.5:1；所述催化剂用量占总反应物质量的0.02％～1％；所述阻聚剂用量占总反应物质量的0.1％～0.6％；所述总反应物包括：氟代二元醇、反应物a和反应物b，其中反应物a为甲基丙烯酸羟酯类化合物或2-羟基-1,3-二甲基丙烯酰氧基丙烷，反应物b为IPDI或TDI。

上述方法中，所述步骤中，氟代二元醇的烷烃链长包括：丙烷、丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、十八烷、十九烷、二十烷、二十一烷、二十二烷、二十三烷、二十四烷、二十五烷、二十六烷、二十七烷、二十八烷、二十九烷；所述氟代二元醇选自二氟-1,3-丙二醇、四氟-1,4-丁二醇、六氟-1,5-戊二醇、八氟-1,6-己二醇、十氟-1,7-庚二醇、1H,1H,8H,8H-全氟-1,8-辛二醇、1H,1H,9H,9H-全氟-1,9-壬二醇、1H,1H,10H,10H-全氟-1,10-癸二醇、1H,1H,11H,11H-全氟-1,11-十一烷二醇、1H,1H,12H,12H-全氟-1,12-十二烷二醇、1H,1H,13H,13H-全氟-1,13-十三烷二醇、1H,1H,14H,14H-全氟-1,14-十四烷二醇、1H,1H,15H,15H-全氟-1,15-十五烷二醇、1H,1H,16H,16H-全氟-1,16-十六烷二醇、1H,1H,17H,17H-全氟-1,17-十七烷二醇、1H,1H,18H,18H-全氟-1,18十八烷二醇、1H,1H,19H,19H-全氟-1,19-十九烷二醇、1H,1H,20H,20H-全氟-1,20-二十烷二醇、1H,1H,21H,21H-全氟-1,21-二十一烷二醇、1H,1H,22H,22H-全氟-1,22-二十二烷二醇、1H,1H,23H,23H-全氟-1,23-二十三烷二醇、1H,1H,24H,24H-全氟-1,24-二十四烷二醇、1H,1H,25H,25H-全氟-1,25-二十五烷二醇、1H,1H,26H,26H-全氟-1,26-二十六烷二醇、1H,1H,27H,27H-全氟-1,27-二十七烷二醇、1H,1H,28H,28H-全氟-1,28-二十八烷二醇或1H,1H,29H,29H-全氟-1,29-二十九烷二醇。

上述方法中，所述步骤中，甲基丙烯酸羟烷基酯类化合物中的烷基包括：乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基、十三烷基、十四烷基、十五烷基、十六烷基、十七烷基、十八烷基、十九烷基、二十烷基；所述甲基丙烯酸羟烷基酯类化合物包括包括甲基丙烯酸羟乙基酯、甲基丙烯酸羟丙基酯、甲基丙烯酸羟丁基酯、甲基丙烯酸羟戊基酯、甲基丙烯酸羟己基酯、甲基丙烯酸羟庚基酯、甲基丙烯酸羟辛基酯、甲基丙烯酸羟壬基酯、甲基丙烯酸羟癸基酯、甲基丙烯酸羟十一烷基酯、甲基丙烯酸羟十二烷基酯、甲基丙烯酸羟十三烷基酯、甲基丙烯酸羟十四烷基酯、甲基丙烯酸羟十五烷基酯、甲基丙烯酸羟十六烷基酯、甲基丙烯酸羟十七烷基酯、甲基丙烯酸羟十八烷基酯、甲基丙烯酸羟十九烷基酯或甲基丙烯酸羟二十烷基酯。

上述方法中，所述溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷，乙酸乙酯、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、丙酮、丁酮、环已酮或四氢呋喃的一种以上。

上述方法中，所述步骤中，催化剂包括三乙胺、三亚乙基二胺、四甲基丁二胺、N,N-二甲基苄胺、二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡中的一种以上；所述阻聚剂包括对苯二酚、对苯醌、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、2,5-二叔丁基对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚中的一种以上。

含氟结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体在作为牙科修复材料中主体树脂的应用。

上述步骤的化学反应方程式(以IPDI、八氟-1,6-己二醇、HEMA为原料进行反应为例)如下所示。

本发明制备的不含双酚A结构，含氟结构的新型甲基丙烯酸酯大单体，可以作为光固化牙科修复材料的有机单体组分。该类大单体具有含氟和氨基甲酸酯结构、分子量大以及分子体积较大的特点，因此该类大单体可以促进光引发聚合反应和减少氧阻聚作用等特点，并且聚合时的聚合体积收缩较小。

现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明制备的新型甲基丙烯酸酯大单体的显著优点是不含双酚A结构、聚合时聚合收缩率低、双键转化率高、聚合产物力学性能好。因此，本发明制备的不含双酚A结构，含氟结构的新型甲基丙烯酸酯大单体具作为光固化牙科修复材料基体树脂的潜能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步地描述，但具体实施例并不对本发明做任何限定。

实施例1

制备DHOFH-IPDI-HEMA(A₄B₁)大单体：

本实施例DHOFH-IPDI-HEMA(A₄B₁)大单体的的制备方法包括如下步骤：

在装有磁子的250ml三颈瓶中加入6.67g IPDI，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断加入3.93g八氟-1,6-己二醇(DHOFH)，用2g的四氢呋喃淋洗恒压滴液漏斗，在60℃下反应0.5小时，直至二异氰酸酯体系中的-NCO的量消耗接近理论值，水浴调节温度至90℃，然后通过恒压滴液漏斗向反应器中加入3.91g甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、0.002g二丁基二月桂酸锡和0.11g对苯二酚反应，加完料用四氢呋喃淋洗恒压滴液漏斗，反应2小时，然后对反应产物进行提纯处理，产率83％。FT-IR:ν(cm^-1)3339,3068,2952,2923,1715,1637,1242；¹H-NMR(400MHz,CDCl₃)：δ6.07(s,2H),δ5.52(s,2H),δ5.23(s,4H),δ4.26-4.95(m,14H),δ2.83(m,4H),δ1.88(s,6H),δ0.82-1.78(m,30H)。

实施例2

制备DHOFH-IPDI-HEMA(A₄B₁)大单体

在装有磁子的250ml三颈瓶中加入6.67g IPDI，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断加入3.93g八氟-1,6-己二醇(DHOFH)，用2g的三氯甲烷淋洗恒压滴液漏斗，在20℃下反应10小时，直至二异氰酸酯体系中的一NCO的量消耗接近理论值，水浴调节温度至40℃，然后通过恒压滴液漏斗向反应器中加入3.91g甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、0.003g辛酸亚锡和0.061g对羟基苯甲醚反应，加完料用三氯甲烷淋洗恒压滴液漏斗，反应24小时，然后对反应产物进行提纯处理，产率87％。FT-IR:ν(cm-1)3339,3068,2952,2923,1715,1637,1242；¹H-NMR(400MHz,CDCl₃)：δ6.07(s,2H),δ5.52(s,2H),δ5.23(s,4H),δ4.26-4.95(m,14H),δ2.83(m,4H),δ1.88(s,6H),δ0.82-1.78(m,30H)。

实施例3

制备DHOFH-TDI-HDMA(A₄E)大单体

在装有磁子的250ml三颈瓶中加入17.4g TDI，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断加入13.1g八氟-1,6-己二醇(DHOFH)，用20mL的四氢呋喃淋洗恒压滴液漏斗，在60℃下反应0.5小时，直至二异氰酸酯体系中的-NCO的量消耗接近理论值，水浴调节温度至45℃，然后通过恒压滴液漏斗向反应器中加入22.8g 2-羟基-1,3-二甲基丙烯酰氧基丙烷(HDMA)、0.002g二丁基二月桂酸锡和0.11g对苯二酚反应，加完料用四氢呋喃淋洗恒压滴液漏斗，反应2小时，然后对反应产物进行提纯处理，产率87％。FT-IR:ν(cm^-1)3335,3068,2950,2923,1720,1636,1608,1585,1242。

实施例4

DHOFH-IPDI-HEMA(JEC₁)大单体作为主体树脂制备牙科修复材料用树脂基体的性能

本实施例以不含双酚A结构，含氟结构的新型甲基丙烯酸酯大单体(JEC₁)(实施例1所制备的产品)全部替代临床上常用双酚A类二甲基丙烯酸酯Bis-GMA与活性稀释二甲基丙烯酸三乙二醇酯(TEGDMA),光引发剂樟脑醌CQ，光引发促进剂甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)互配(配方如表1所示)制备牙科修复用树脂基体，

表1 JEC₁作为主体树脂的树脂体系以及参照树脂体系的组成配方

研究该树脂体系聚合时的双键转化率，聚合收缩和聚合产物的力学性能，并与已商业化的Bis-GMA/TEGDMA树脂体系进行比较。其结果如表2所示。

表2 JEC₁作为主体树脂的树脂体系以及参照树脂体系的双键转化率，聚合收缩和力学性能

由表2可见，相对于Bis-GMA而言，含有JEC₁作树脂体系具有较的双键转化率，较低的聚合收缩以及较好的力学性能。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.含氟结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体，其特征在于，结构式如式(I)所示

结构式(I)中m为1到27中任意一个数值；

结构式(I)中R₁取结构式(II)中的任意一种；

结构式(II)中n为1到19中任意一个数值。

2.制备权利要求1所述含氟结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体的方法，其特征在于，包括如下步骤：

在装有磁子的三颈瓶中加入3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯或2,4-二异氰酸甲苯酯，在搅拌状态下通过恒压滴液漏斗不断加入氟代二元醇，用溶剂淋洗恒压滴液漏斗，在5～60℃下反应0.5～10小时，直至二异氰酸酯体系中的-NCO百分比接近理论值，水浴调节温度至15～90℃，然后通过恒压滴液漏斗向反应器中加入甲基丙烯酸羟酯类化合物或2-羟基-1,3-二甲基丙烯酰氧基丙烷、催化剂和阻聚剂，并用溶剂淋洗恒压滴液漏斗，反应时间2～18小时，然后对反应产物进行提纯处理，得到含氟结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体。

3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤中，3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯(IPDI)或2,4-二异氰酸甲苯酯(TDI)与氟代二元醇的摩尔比为2:1～1.5:1；甲基丙烯酸羟酯类化合物或2-羟基-1,3-二甲基丙烯酰氧基丙烷与3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯(IPDI)或2,4-二异氰酸甲苯酯(TDI)的摩尔比为1:1～1.5:1；所述催化剂用量占总反应物质量的0.02％～1％；所述阻聚剂用量占总反应物质量的0.1％～0.6％；所述总反应物为氟代二元醇、反应物a和反应物b，其中反应物a为甲基丙烯酸羟酯类化合物或2-羟基-1,3-二甲基丙烯酰氧基丙烷，反应物b为IPDI或TDI。

4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤中，所述氟代二元醇选自二氟-1,3-丙二醇、四氟-1,4-丁二醇、六氟-1,5-戊二醇、八氟-1,6-己二醇、十氟-1,7-庚二醇、1H,1H,8H,8H-全氟-1,8-辛二醇、1H,1H,9H,9H-全氟-1,9-壬二醇、1H,1H,10H,10H-全氟-1,10-癸二醇、1H,1H,11H,11H-全氟-1,11-十一烷二醇、1H,1H,12H,12H-全氟-1,12-十二烷二醇、1H,1H,13H,13H-全氟-1,13-十三烷二醇、1H,1H,14H,14H-全氟-1,14-十四烷二醇、1H,1H,15H,15H-全氟-1,15-十五烷二醇、1H,1H,16H,16H-全氟-1,16-十六烷二醇、1H,1H,17H,17H-全氟-1,17-十七烷二醇、1H,1H,18H,18H-全氟-1,18十八烷二醇、1H,1H,19H,19H-全氟-1,19-十九烷二醇、1H,1H,20H,20H-全氟-1,20-二十烷二醇、1H,1H,21H,21H-全氟-1,21-二十一烷二醇、1H,1H,22H,22H-全氟-1,22-二十二烷二醇、1H,1H,23H,23H-全氟-1,23-二十三烷二醇、1H,1H,24H,24H-全氟-1,24-二十四烷二醇、1H,1H,25H,25H-全氟-1,25-二十五烷二醇、1H,1H,26H,26H-全氟-1,26-二十六烷二醇、1H,1H,27H,27H-全氟-1,27-二十七烷二醇、1H,1H,28H,28H-全氟-1,28-二十八烷二醇或1H,1H,29H,29H-全氟-1,29-二十九烷二醇。

5.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述步骤中，所述甲基丙烯酸羟烷基酯类化合物为甲基丙烯酸羟乙基酯、甲基丙烯酸羟丙基酯、甲基丙烯酸羟丁基酯、甲基丙烯酸羟戊基酯、甲基丙烯酸羟己基酯、甲基丙烯酸羟庚基酯、甲基丙烯酸羟辛基酯、甲基丙烯酸羟壬基酯、甲基丙烯酸羟癸基酯、甲基丙烯酸羟十一烷基酯、甲基丙烯酸羟十二烷基酯、甲基丙烯酸羟十三烷基酯、甲基丙烯酸羟十四烷基酯、甲基丙烯酸羟十五烷基酯、甲基丙烯酸羟十六烷基酯、甲基丙烯酸羟十七烷基酯、甲基丙烯酸羟十八烷基酯、甲基丙烯酸羟十九烷基酯或甲基丙烯酸羟二十烷基酯。

6.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所述溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷，乙酸乙酯、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、丙酮、丁酮、环已酮或四氢呋喃的一种以上。

7.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于所述步骤中，催化剂为三乙胺、三亚乙基二胺、四甲基丁二胺、N,N-二甲基苄胺、二丁基二月桂酸锡、辛酸亚锡中的一种以上；所述阻聚剂为对苯二酚、对苯醌、甲基氢醌、对羟基苯甲醚、2,5-二叔丁基对苯二酚、2-叔丁基对苯二酚中的一种以上。

8.权利要求1所述含氟结构不含双酚A结构的甲基丙烯酸酯大单体在作为牙科修复材料中主体树脂的应用。