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Photopolymerisierbare Substanz Die Erfindung betrifft eine photopolymerisierbare
Substanz, insbesondere für zahnmedizinische Anwendungen, welche z.
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B. als Füllmaterial für Kavitäten oder für Eckenaufauten verwendet
werden kann.
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Die erfindungsgemäße Substanz soll insbesondere die Eigenschaft haben,
durch Bestrahlung mit Licht im langwelligen ultravioletten Spektralbereich schnell
zu polymerizisieren, so daß ein gewisser, für die zahnmedizinische Anwendung vorläufig
ausreichender Härtegrade der Substanz in einer Schichttiefe von etwa 2 mm bereits
in wenigen Sekunden erreicht wird, bei einer Bestrahlung im langwelligen ultravioletten
Spektralbereich bei 3660 °C von etwa 50 mN/cm² Darüber hinaus soll die Substanz
aber die Eigenschaft haben, durch Kaltpolymerisation, nach dem Aussetzen der UV-Bestrahlling,
langsem weiter zu polymerisieren, so daß die maximale Endhärte erst nach mehreren
Stunden erreicht wird.
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Monomere Substanzen, die durch Bestrahlung mit langwelligem UV-Licht
(UVA) polymerisieren, und deren Verwendung in der Zahnmedizin sind bereits bekannt.
In dem US-Patent 3,709«866 vom 9. Januar 1373 wird eine derartige Substanz beschrieben,
deren chemische Grundsubstanz Methacrylate sind. Die Substanz enthält im wesentlichen
photopolymerisierbare
monomere aromatische Dimethylacrvlate, aliphatische
Methacrylate, sowie einen hohen Volumenanteil von Glaspartikeln und einen Photosensibilisator,
wie z.B. Benzoinmethyläther, der bei Bestrahlung im Wellenlängenbereich zwischen
3000 und 4ooo R durch Radikalbildung die Polymerisation des N-ethacrylatmonomers
einleitet. Der Vorteil eines derartigen UV-polymerisierbaren Kompositrraterials
bei der Verarbeitung in der Zahnmedizin besteht darin, daß im Gegensatz zu den Kaltpolymerisaten
der Zeitpunkt der Aushcirtung willkürlich durch Einleiten der Bestrahlung mit UV--Licht
bestirrjrt werden kann.
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Daneben ist in der Zahnheilkunde die Verwendung von KalL-polymerisaten
als Komposit-Material auf der Basis von Methacrylat bekannt. Als Katalysator für
die Polymerisation werden meist organische Peroxyde, wie z.B. Benzoylperoxyd, verwendet.
Da diese Peroxyde nur in der Hitze die freie Radikalbildung des Monomers einleiten,
gibt man zu der Substanz noch eine geringe 3JIengeeines Katalysators oder Beschleunigers,
wie z.B. tertiäre Amine, welche den Zerfall des Peroxyds und somit die Polymerisation
des Monomers auch bei Raumtemperatur einleiten. Aus praktischen Gründen muß bei
der Verwendung der Kaltpolymerisate in der Zahnheilkunde die Aushärtungszeit in
der Größenordnung von Minuten liegen, so daß der behandelnde Arzt bei der Verarbeitung
unter erheblichem Zeitdruck steht.
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Neben dem Vorteil der bequemeren Verarbeitungstechnik besitzen die
bekannten UV-polymerisierbaren Substanzen jedoch den Nachteil, daß der Härtungsprozeß
nach dem Aussetzen der
Bestrahlung aufhört. Dadurch ergeben sich
folgende unerwünschte Effekte: Der behandelnde Arzt hat keine absolute Gewibßheit
darüber, wie lange er eine z.T3. als Füllung verarbeitete Substanz bestrahlen muß,
bis die Substanz auch in den für die Strahlung nicht direkt erreichbaren Volumina
und Grenzflächen, die für die Haltbarkeit erforderliche Endhärte erreicht hat. Ein
weiterer Risikofaktor bezüglich der optimalen Bestrahlungsdauer bei der UV-Polymerisation
besteht darin, daß die in der Technik gebräuchlichen Lichtquellen für ben nahen
ultravioletten Spektralbereich, insbesondere die Netall dampf-Hochdrucklampen, eine
relativ schnelle Abnahme der Emissionsleistung, speziell im nahen UV, aufweisen.
So vermindert sich die Emissionsleistung bei 366o 2 der gebräuchlichsten Lichtquelle
für den nahen UV-Bereich, der Hg-iochdrucklarnpe, bereits nach etwa 200 Stunden
Brenndauer um etwa 20%. Daraus folgt, daß die optimale Bestrahlungsdauer für die
bekannten photopolymerisierbaren Substanzen nicht nur von den geometrischen Gegebenheiten
be der Verarbeitung, sondern auch noch von der Lebensdauer der Lichtrluelle abhängt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine photpolymerisierbare
Substanz anzugeben we welche einerseits den Vorteil der bequemeren Verarbeitungstechnik
durch UV-Härtung als auch Gewißheit über die Endhärte bietet, wobei die UV-Bestrahlungsdosis
relativ unkritisch sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurcfh gelöst, daß die Substanz
neben dem Monomeranteil und dem anorganischen
Füllstoff einen UNT-Isatalysator,
einen Wärmekatalysator und einen Beschleuniger für den Wärmekatalysator enthält.
Die Konzentration der Katalysatoren und des Beschleunigers sowie die Art des Beschleunigers
sind dabei so gewählt, daß eine Probe der photopolymerisierbaren Substanz bis zu
einer Schichttiefe von 1 - 2 mm bei Bestrablung mit etwa 50 mW/cm2 bei der Wellenlänge
von 3660 Å bereits in 1o -- 20 Sekunden so weit vorhärtet, daß die Rückseite der
Schicht mindestens etwa 200 des Härtegrades der der Strahlung zugewandten Oberfläche
besitzt. Nach dem Aussetzen der UV-Bestrahlung polymerisiert die Substanz durch
Wirkung des Wärmekatalysators und des Beschleunigers weiter, jedoch mit so langsamer
Geschwindigkeit, daß die Endhärte der Substanz im gesanten Volumen erst nach mehreren
Stunden den Härtegrad den der UV-Quelle zugewandten Oberfläche erreicht. Die Substanz
wird als Zweikomponentensystem gelagert, wobei die Komponente A die Grundsubstanz,
nämlich das Monomer, den Füllstoff und den Beschleuniger für den Wärmekatalysator
enthält, und die Komponente B im wesentlichen den Photokatalysator und den Wärmekatalysator
und ein geeignetes Lösungsmittel enthält. Es ist jedoch auch möglich, daß der Wärmekatalysator
in der Komponente A und der Beschleuniger in der Komponente H enthalten ist. Entscheidend
ist, daß der Wärmekatalysator und der Beschleuniger einerseits als auch die monomere
photopolymerisierbare Substanz und der UV-Katalysator jeweils getrennt voneinander
gelagert sind.
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Die Komponenten A und B werden vor der Verarbeitung gemischt. Die
Mischung AB ist mehrere Stunden gebrauchsfähig, da der Kaltpolymerisationsprozeß
entsprechend langsam abläuft.
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Die mit der Erfindung erzielbaren vorteile bestehe darin, daß die
photopolymerisierbare Substanz nach Mischung der Komponenten A und B mehrere Stunden
lang im niederviskosen Zustand verarbeitet werden kann, wobei der Zeitpunkt der
Vorhärtung wilLkürlich durch UV-)3estrahlung festgesetzt und innerhalb weniger Sekunden
durchgeführt werden kann. Die vollständige Durchhärtung der Substanz wird auch dann
erreicht, wenn die Bestrahlungsdosis infolge Alterung der Lichtquelle oder ungünstiger
geometrischer Verhältnisse etwa derart, daß die zu polymerisierende Substanz nicht
ganz im direkten Strahlengang erfaßbar ist, unzureichend war. Die schnelle Vorhärtung
durch die W-Bestrahlung sowie di daren an schließende Nachhärtung durch den Prozeß
der Kaltpolymerisation sichern die erhöhte klinische haltbarkeit des Polymerisates.
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In einem praktischen Ausführungsbeispiel enthält die Komponente A
Methacrylat-monomere, z.B. in Form von aromatischen Diacrylaten oder Anlagerungsverbindungen
dcrselben mit organischen Mono-, Di- oder Triisocyanaten, sowie aliphatische Methacrylate
oder Dimethylacrylate sowie einen geringen Zusatz eines Besd, leunigers alls der
Gruppe der tertiären Amine, wie z.B. der Trialkylamine oder der aromatischentertiären
Amine, vorzugsweise jedoch ein sterisch behinders Amin, wie Dimethylanilin oder
Äthylbenzylanilin.
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Die Komponente A enthält darüber hinaus einen anorganischen pulverformigen
Füllstoff, der die Substanz als Komposit-Material für Füllungen und Eckenaufbauten
verwendbar macht.
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Die Korr.ponente B enthält den Photokatalysator, der aus der Gruppe
der Benzoin-Alkyläther oder/und der substituierten Benzophenon-Derivate stammt.
Darüber hinaus enthält die
Komponente B den Wärmekatalyssator, der
aus einem organischen Peroxyd bestehen kann, vorzugsweise jedoch Benzoyl-Peroxyd.
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Quantitativ kann die Substanz in Gewichtsprozenten folgende Zusammensetzung
haben: Monomere aromatische Dimethacrylate: 9-16 % Monomere aliphatische Methacrylate:
9 - 16 % Keramischer anorganischer Füllstoff: 65-75 % UV-Katalysator wie z.B. Benzoinmethyläther:
2 - 5 % Wärmekatalysator wie z.B. Benzoylperoxyd: O - 3 z Beschleuniger wie z.B.
Diäthylanilin: O - 2 t.
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Natürlich kann das Polymer auch auf einem anderen Basismat-rial als
Methacrylat aufgebaut sein. So ist es auch möglicll, UV-polymerisierbare Polyurethane
oder Polyester sowie entsprechende bekannte UV- und Wärmekatalysatoren und Beschleuniger
zu verwenden.