JP2548116C - - Google Patents

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JP2548116C
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dental composite
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ミネソタ マイニング アンド マニユフアクチユアリング コンパニー
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【発明の詳細な説明】技術分野 本発明は非ガラス質ミクロ粒子を含有する複合材料に関する。また、本発明 はかかる複合材料の製造方法に関する。背景技術 非ガラス質小粒子は、さまざまな資料、例えば、米国特許第3,709,70
6号、第3,793,041号、第3,795,524号、第4,166,14
7号、第4,217,264号、および第4,306,913号、および英国公
開特許出願第2115799号に記載されている。かかる資料に記載されている
小粒子の一部はバインダー(例えば重合性樹脂)と組合わされて複合材料になり
、そしてかかる小粒子の二三はかかる粒子を用いてつくられる複合材料をX線透
過性にするのに十分な量の適切なセラミック金属酸化物を含有していてもよい。 X線不透過度は歯科用複合材料にとって非常に望ましい性質である。X線不透
過性複合材料は標準歯科用X線装置を用いて検査できるので、硬化複合材料に隣
接した歯組織における辺縁欠損や虫歯の長期検出を容易にする。しかしながら、
歯科用複合材料は低い視覚不透明度を有すべきである、即ち、それは可視光に対
して実質的に透明または半透明であるべきである。硬化された歯科用複合材料が
実物そっくりの光沢を有するように低い視覚不透明度が望ましい。かかる歯科用
複合材料が可視光誘導光開始によって硬化または重合されることを意図され、そ
のうえ深部硬化(時には2mm以上もの深さ)が必要とされる場合には、硬化複
合材料の一様硬度に対する要求および口腔内での硬化反応の実施に求められる物
理的性質(中でも、未硬化複合材料が通常一方向だけからの光に暴露されること
、および硬化用光線が携帯器具によって付与されることを必要とする)の全ては
複合材料が深くて完全な硬化を可能にする低い視覚不透明度を有することによっ
て決まる。 歯科用複合材料にとっての別の望ましい性質は耐久性である。耐久性は時には
複合材料中の充填剤粒子の割合を増大せしめることによって改善できる。しかし
ながら、充填剤量の増大は一般に視覚不透明度の増大を引き起すので、半透明性
を減少させそして可視光硬化深度と硬化一様性を制限してしまう。 歯科用複合材料にとってさらに別の望ましい性質は硬化安定性である。二成分
系非光硬化型歯科用複合材料(即ち、「化学硬化型」複合材料とよばれてい る)についての硬化安定性は複合材料の二つの成分を混ぜ合わせたときにその複
合材料の老化サンプルと非老化サンプルの重合硬化時間を比較することによって
評価される。一成分系光硬化型歯科用複合材料についての硬化安定性は老化され
てから又は老化されずに標準深度に硬化された複合材料サンプルの上部硬度と底
部硬度を比較することによって評価される。悪い硬化安定性は複合材料の老化サ
ンプルと非老化サンプルとの間の重合硬化時間の変化または上部硬化硬度と底部
硬化硬度の差によって表わされる。歯科用複合材料中の充填剤粒子は時には複合
材料の他の成分(例えば、重合性樹脂や重合開始剤)と相互作用して硬化安定性
に悪影響を与える。これ等相互作用は予想できず、時には十分に理解できない。 実際、X線不透過度、視覚低不透明度、充填剤高配合量、および硬化安定性と
云う商業上有益な組合わせを有する歯科用複合材料を処方することは非常に困難
であることが立証されている。発明の概要 本発明は、 (a)口腔内での使用に適する重合性樹脂と、 (b)非ガラス質ミクロ粒子との混合物を含んでなるX線不透過性歯科用複合
材料であって、 前記非ガラス質ミクロ粒子は、 (i)硅素酸化物からなる複数の非晶質微小領域と、 (ii)X線不透過多結晶質セラミック金属酸化物から成る複数の結晶質微小領
域とを含んで成り、 前記非晶質微小領域は、前記結晶質微小領域によって実質的に均一に点在せし
められ、 前記ミクロ粒子は、0.4μmより大きい直径を有する結晶質微小領域または
ボイドを含まないことを特徴とするX線不透過性歯科用複合材料、および、歯科
用複合材料に視覚低不透明度を付与しながら、その複合材料をX線不透過性にす
る方法を提供する。 歯科用複合材料に使用するための小粒子、例えば、上記米国特許第4,21 7,264号および第4,306,913号および上記英国公開特許出願第21
15799号に記載されているものの製造に関与する他の研究者は小粒子と樹脂
との間の良好な屈折率適合を可能にするためにかかる粒子を完全に非晶質にする
ことを考えた。かかる小粒子に使用される金属酸化物は一般に2より大きい屈折
率を有するが、この値は通常の樹脂の屈折率よりはるかに大きい。本発明は、か
かる研究者の試みとは反対に、非晶質微小領域と結晶質微小領域の両方を意識的
に含有するミクロ粒子を提供する。視覚不透明度の低い歯科用複合材料はそのミ
クロ粒子に視覚不透明化用包含物を実質的に含有せしめないことを確保すること
によって得られる。好ましい態様においては、かかるミクロ粒子の結晶質微小領
域の実質的に全てが約0.4μ未満の直径を有する。発明の詳細 本発明の歯科用複合材料を記載するために用いられるときの用語「X線不透過
性」は、標準歯科用X線装置によって歯組織から複合材料を識別できるように硬
化複合材料がX線に対して十分な不透明度を示すことを意味する。X線不透過度
の望ましい程度は具体的用途およびX線フィルムを評価する開業医の期待に依存
して変動する。好ましいX線不透過度は次のような試験によって測定できる。通
常の歯科用X線フィルムは通常の照射時間と強度をもって1mm厚の硬化複合材
料層を通して露出される。X線ネガを現像し、そして可視光フィルターを装備し
たマクベス透過濃度計モデルTD504によってその濃度を評価する。好ましく
は、指定された濃度計の読みは約1.4以下、好ましくは0.8以下である。 ここに使用されている「歯科用複合材料」は重合性の(または重合された)樹
脂、1種以上の充填剤粒子、および任意の望みの助剤を含有する硬化性の(また
は硬化された)組成物であって、得られた組成物が口腔内での使用に適するもの
を意味する。本発明の歯科用複合材料は多成分系化学硬化型組成物であってもよ
いし、又は一成分系紫外線もしくは可視光硬化型組成物であってもよい。本発明
の歯科用複合材料は前歯または臼歯義歯、窩洞塗布剤、歯列矯正用ブラケット接
着剤、歯冠用および橋義歯用セメント、人工歯冠および注型用樹脂として特殊な
用途を見い出した。 本発明の歯科用複合材料に使用するのに適する重合性樹脂はそれを口腔環境中
での使用に適するようにするために十分な強度、加水分解安定性、および無毒性
を有する硬化性有機樹脂である。かかる樹脂の例はアクリレート、メタクリレー
ト、ウレタン、およびエポキシ樹脂等、例えば米国特許第3,066,112号
、第3,539,533号、第3,629,187号、第3,709,866号
、第3,751,399号、第3,766,132号、第3,860,556号
、第4,002,669号、第4,115,346号、第4,259,117号
、第4,292,029号、第4,208,190号、第4,327,014号
、第4,379,695号、第4,387,240号および第4,404,15
0号に示されているもの、およびそれ等の混合物および誘導体である。本発明に
使用するのに好ましい重合性樹脂はビフェノールAのジグリシジルメタクリレー
ト(しばしば「BIS−GMA」と称されている)とトリエチレングリコールジ
メタクリレート(しばしば「TEGDMA」と称されている)との混合物である
。 ここで使用されている「非ガラス質」ミクロ粒子は溶融体から誘導されたもの
でない小さな直径の粒子(好ましくは約50μ未満の直径を有する)である。「
微小領域」は透過電子顕微鏡で約100,000〜1,000,000倍に拡大
して観察したときに均一な形を与える(または一般に均一な形を与える)ように
見え且つ単結晶質種または非晶質有機種を含有しているように見えるミクロ粒子
の中の部分である。本発明のミクロ粒子はそのようにして観察したときに個々の
ミクロ粒子内に少なくとも2種の明らかに異なるタイプの微小領域の複数(即ち
2個以上)の存在によって特徴付けることができる。2つのタイプの微小領域は
ここでは「非晶質微小領域」と「結晶質微小領域」と称されている。非晶質微小
領域は結晶質微小領域によって実質的に均一に点在させられている;即ち、非晶
質微小領域と結晶質微小領域は個々のミクロ粒子の中全体に実質的に無作為に配
列されている。個々のミクロ粒子を試験するには、ミクロ粒子の代表的サンプル
(例えば、10個〜100個)を詳しく調べるべきであり、個々のミクロ粒子を
凝集させるかも知れない焼成結合は例えば穏やかな微粉砕によって破砕されるべ
きである。 ミクロ粒子中の非晶質微小領域と結晶質微小領域の存在はX線もしくは電子回
折または小さな非晶質種もしくは結晶質種の試験に適する他の技術によってさら
に測定することができる。結晶質微小領域はX線もしくは電子回折分析によって
試験されたときに回折線の特徴的な識別パターンを示すものである。非晶質微小
領域はかかる微小領域のアレイで存在する時でさえX線または電子回折分析によ
って観察したときに識別可能な線を示さないものである。本発明のミクロ粒子は
非晶質微小領域と結晶質微小領域の両方を含有しているので、ミクロ粒子は全体
として回折像を示す。ミクロ粒子中の非晶質微小領域の存在は非晶質微小領域を
構成する化学種に対応する特徴的な回折像の欠除によって確認される。好ましく
は、非晶質微小領域は約0.1μ未満の直径を有し、そしてより好ましくは約0
.002〜0.05μの直径を有する。 「X線不透過用」金属酸化物は、それが本発明のミクロ粒子中に存在したとき
にそのミクロ粒子を用いてつくられた歯科用複合材料を有効にX線不透過性にす
るのに十分な程度にミクロ粒子を通るX線透過を抑制する無機酸化物である。「
多結晶質」金属酸化物はその単位格子構造がX線または電子回折分析を用いてミ
クロ粒子を試験することによって認識または識別することができるように十分な
数の同じ結晶質微小領域を有する。一般に、結晶質微小領域はミクロ粒子の全容
量の約1/2容量%以上(好ましくは5容量%以上)を表わす。実際の容量%は
使用される金属酸化物のタイプおよび量に依存する。好ましくは、結晶質微小領
域はX線または電子回折分析を用いて測定したときに約0.05μ未満の直径を
有し、そしてより好ましくは約0.001〜0.01μの直径を有する。 「セラミック」金属酸化物はその純粋形態においては焼成されて標準空気環境
例えば23℃および50%相対湿度で安定な硬質のまたは自己支持性の多結晶質
形態になることが可能な無機酸化物である。適するセラミック金属酸化物はミク
ロ粒子に組込まれたときに無毒性であり、そして無色であるかまたは弱く着色し
ているにすぎない:例えば、BaO、Bi23、CaO、Nb25、Sb25
SnO2、Ta25、TiO2、Y23、ZnO、ZrO2、およびランタニド系
の酸化物(例えば、CeO2、 Ce23およびLa23)、並びにそれ等の混合物または混合酸化物である。好
ましいセラミック金属酸化物はHfO2、La23、SrO、ZrO2およびそれ
等の混合物等であり、ZrO2が一番好ましい。特徴として、ミクロ粒子中のX
線不透過用セラミック金属酸化物の実質的に全て(例えば、90重量%以上)は
その多結晶形態で存在し、そして非晶質形態は実質的に存在しない(例えば、1
0重量%未満である)。 本発明のミクロ粒子を製造するための好ましい方法(ここでは「ゾル−ゲル」
法と称される)は(1)非晶質シリカの水性または有機の分散物またはゾルと(
2)望みのX線不透過用セラミック金属酸化物のまたは望みのX線不透過用セラ
ミック金属酸化物に焼成可能な有機もしくは無機前駆体化合物の水性または有機
の分散物、ゾル、または溶液とを組合わせることを包含する。簡単に云うと、シ
リカの上記分散物またはゾルは以後間々「シリカ出発材料」とも称され、そして
X線不透過用セラミック金属酸化物または前駆体化合物の上記分散物、ゾルまた
は溶液は以後間々「セラミック金属酸化物出発材料」と称される。シリカ出発材
料とセラミック金属酸化物出発材料との混合物を固体に乾燥し、粉砕し、焼成し
、そして再粉砕して本発明のミクロ粒子にする。それから、そのミクロ粒子を適
切な樹脂と組合わせて本発明の複合材料にすることができる。 ゾル−ゲル法には水性または有機どちらのシリカ出発材料も使用できるけれど
も、経済的理由から水性シリカ出発材料が好ましい。適する水性シリカ出発材料
はコロイドシリカを好ましくは約1〜50重量%、より好ましくは15〜35重
量%の濃度で含有している。適する有機シリカ出発材料はエタノール、ノルマル
またはイソプロピルアルコール、エチレングリコール、ジメチルホルムアミドお
よび種々の「セロソルブ」グリコールエーテルのような有機溶剤(好ましくは水
混和性極性有機溶剤)中のシリカのコロイド分散物を含有するオルガノゾル等で
ある。シリカ出発材料のコロイドシリカ粒子のサイズは変動可能であり、例えば
0.001〜0.1μ、好ましくは約0.002〜0.05μである。 本発明に使用できる好ましいシリカ出発材料はE.I.デュポンドヌムール 社から商標「ルドックス」の名で販売されているアクアゾル等である。その他の
有効なシリカ出発材料は「ナルコ」、「シトン」および「ニアコル」の商標名で
販売されている分散物またはアクアゾル等である。さらに別の適する市販のシリ
カ出発材料は上記米国特許第3,709,706号および第3,793,041
号に列挙されている。 好ましくは、シリカ出発材料は異常固体、細菌生育および他の不純物を除去す
るためにろ過される。より好ましくは、シリカ出発材料は後で詳しく記述するよ
うな微細フィルターによってろ過される。望まれるならば、シリカは他の無機化
合物例えば本発明のミクロ粒子を製造するために使用される条件下で非晶質微小
領域を生成できるそれ等化合物(例えば、B23)を添加することによって改質
できる。かかる無機化合物の添加は最終ミクロ粒子の屈折率を変えるかも知れず
、そしてそれを用いて製造された歯科用複合材料の視覚不透明度に影響するかも
しれないと云うことに留意すべきである。 ゾル−ゲル法には水性または有機どちらのセラミック金属酸化物出発材料も使
用できるけれども、経済的理由からアクアゾルが好ましい。適する市販のセラミ
ック金属酸化物アクアゾルはCeO2、Sb25、SnO2、およびZrO2アク
アゾル等である。市販のZrO2アクアゾルは一般に少量(例えば1〜3重量%
)のHfO2を異物として含有している。適する焼成可能な前駆体化合物は好ま
しくはカルボキシレート(例えばアセテート、ホルメート、オキサレート、ラク
テート、プロピレート、シトレート、またはアセチルアセトネート)または無機
酸の塩(例えば硝酸塩)であり、具体的な前駆体化合物の選択は入手容易性と取
扱容易性によって決まる。ゲル化前に沈殿物もしくは望まない結晶質微小領域を
生成する又はミクロ粒子中に水溶性もしくは酸可溶性化合物または着色不純物を
生成する前駆体化合物の使用は好ましくは避けるべきである。本発明に有効な代
表的な前駆体化合物は酢酸バリウム、硝酸ランタン、硝酸ストロンチウム、硝酸
タンタルおよび酢酸ジルコニウム等である。 それ自体十分なX線不透過度を付与しないその他の金属酸化物は望まれるなら
ば本発明のミクロ粒子中に包含されてもよい。かかる他の金属酸化物は例えばミ
クロ粒子の種々の物理的性質(例えば、屈折率、硬度、密度または多孔 度)またはそれを用いて製造される歯科複合材料の物理的性質(例えば、硬化前
の粘度、または硬化後の圧縮強さ、引張強さもしくは視覚不透明度)を調整する
ために有効である。かかる他の金属酸化物はAl23およびCaO等である。上
記ゾル−ゲル法を用いる場合、かかる他の金属酸化物は望みの他の金属酸化物を
含有する分散物またはゾル(またはそのものに焼成可能な前駆体化合物を含有す
る適切な分散物またはゾル)をシリカ出発材料およびセラミック金属酸化物出発
材料と組合わせることによって最終ミクロ粒子中に導入することができる。望ま
れるならば、かかる他の金属酸化物はかかる他の金属酸化物で被覆されたシリカ
粒子を含有するシリカゾル(例えば、「ナルコ」612または613アルミナコ
ーテッドシリカアクアゾル)を使用することによって導入することも可能である
。 最も好ましい態様においては、ゾル−ゲル法は次のようにして実施される。ま
ず、コロイドシリカ含有アクアゾルは、望みのX線不透過用セラミック金属酸化
物(例えばZrO2)または焼成可能な前駆体化合物(例えば酢酸ジルコニウム
)を含有する急速攪拌ゾルまたは溶液と混合される。いくつかの出発材料に関し
ては、添加の順序を逆にすると最終ミクロ粒子中の非晶質微小領域と結晶質微小
領域の不均一点在をもたらすことがある。混合物は不均一ゲル化を起こさないよ
うに好ましくは十分に酸性であるべきである。例えば、pHはシリカ:酢酸ジル
コニウム混合物については好ましくは約4.5未満である。それから混合物は、
例えばpHを上げることによって、脱水によって(例えば、「ロトヴァップ」装
置を用いて)、または混合物をその沸点未満の温度に加熱することによってゲル
化される。例えば、約75℃未満に加熱することによる脱水はシリカ:酢酸ジル
コニウム混合物に対して使用できる。 ゲルは出発材料中に存在する水または他の溶剤のかなりな部分を包含してもよ
い。ゲルはゲルを沸騰させずに水または溶剤を除去するのに十分な温度および圧
力で加熱される、例えば75℃、周囲圧力で20〜24時間加熱されることによ
って、乾燥された又は実質的に乾燥された固体になる。乾燥は好ましくは浅皿中
で行われる。乾燥された固体は小さな粒体に分解する。小さな粒体は好ましくは
有機化合物の除去を促進するために微粉砕される。それから、粒体 はかかる有機化合物を実質的に全て除去するのに十分な温度および圧力で、例え
ば、大気圧の空気中で2〜4時間200〜600℃好ましくは300〜600℃
に加熱される。示差熱分析または質量分析を使用して有機化合物除去度を測定で
きる。得られた粉末は非常にもろく、さらに微粉砕できる。 次に、粉体はセラミック金属酸化物または前駆体を多結晶質セラミック金属酸
化物に転化するのに十分な温度および時間で焼成される。珪素酸化物をその非晶
状態に維持し、約0.4μより大きい直径を有する結晶質微小領域の成長または
生成を阻止し、そしてボイドの発生を減少させるためにミクロ粒子の密度を高め
ることが望ましいので、焼成時間および温度は過度にならないようにすべきであ
る。焼成サイクル中に、ミクロ粒子は密度表面積、気孔容積および気孔サイズの
有意な変化をこうむる。密度は焼成中に増加する傾向があり表面積と気孔容積は
減少する傾向がある。例えば5.5:1モル比のSiO2:ZrO2ミクロ粒子で
は、約1000℃に焼成後に密度は約2.50g/ccに達する。表面積は40
0℃に焼成後に最大になり(BTT法で測定したときに約175〜200m2
gの値)、950℃に焼成後には下落し(約50〜75m2/gの値に)、それ
から1000℃に焼成後にはさらに下落する(約4〜6m2/gの値に)平均気
孔容積は400〜700℃で焼成後には(BET法で測定されたときに)ミクロ
粒子の約40%に達し、それから約1000℃に焼成後には実質的に零に下がる
。SiO2:ZrO2ミクロ粒子に関しては、焼成は多晶質ジルコニア(例えば三
方晶系ZrO2)を生成するがジルコン(ZrSiO4)またはクリストバライト
(SiO2)結晶質微小領域の生成を回避するに足る程度に行われるべきである
。約1000〜1100℃の焼成温度が好ましい。 用語「未焼成状態での微粉砕」はセラミック金属酸化物をその多結晶体になる
ように焼成する前のミクロ粒子の微粉砕を記述するためにここでは使用されてい
る。未焼成状態での微粉砕を用いることは良好な硬化安定性を有する歯科用複合
材料を得るのに非常に有益であることが判明した。特に、未焼成状態での微粉砕
と焼成温度の最適化の両方を用いた時にはそうである。 SiO2:ZrO2ミクロ粒子から製造された歯科用複合材料の硬化安定性 の予測には、ミクロ粒子の水性スラリをアリザリン指示薬と接触させることによ
ってミクロ粒子の焼成後のpHを評価することが有効であることが判明した。指
示薬を黄色に変化せしめる(pH<6)SiO2:ZrO2ミクロ粒子は指示薬を
桃色〜赤色に変化せしめる(pH>7)SiO2:ZrO2ミクロ粒子よりも優れ
た硬化安定性を有する歯科用複合材料になる傾向がある。上記の未焼成状態での
微粉砕の工程はアリザリン指示薬を黄色に変化せしめるSiO2:ZrO2ミクロ
粒子を製造するのに有効であることが判明した。 以上に述べたファクターの他に、より高い焼成温度はミクロ粒子の硬度を増大
させそして吸水度を減少させる傾向がある。また、より高い焼成温度はその焼成
ミクロ粒子から製造された歯科用複合材料により速い重合硬化時間をもたらす。 焼成は例えば、マッフル炉内で、ガラス質シリカボートの中に浅い層(例えば
25mm深さ)に収容された乾燥粉末をもって行うことができる。それから、そ
の焼成生成物は望みの平均粒径例えば50μ未満のミクロ粒子を提供するように
再粉砕される。再粉砕は通常の装置を使用して行うことができ、好ましくは、ミ
クロ粒子と同じ屈折率を有する粉砕媒体を用いる。 ミクロ粒子中の珪素酸化物対セラミック金属酸化物の相対モル比は望みの屈折
率とX線不透過度を付与するように調整されるべきである。最も好ましいSiO
2:ZrO2ミクロ粒子については、SiO2対ZrO2のモル比は望ましくは約2
/1以上であり、約3/1〜9/1の値が好ましく、約5/1〜7.5/1の値
が最も好ましい。その他のシリカ対セラミック金属酸化物の混合物を含有するミ
クロ粒子については、シリカ対セラミック金属酸化物の比は望みのX線不透過度
と同時にミクロ粒子の望みの屈折率とその他の望みの物理的性質の達成およびそ
れから製造した歯科用複合材料の望みの視覚不透明度と耐久性と硬化安定性とそ
の他の望みの物理的性質の達成を可能にするように調整されるべきである。 珪素酸化物対セラミック金属酸化物の相対比はそれ等を用いて製造した歯科用
複合材料の重合硬化時間速度にも影響することがあり、高い珪素酸化物含量は一
般に速い硬化時間を導く。 約0.4μ(その寸法は可視光の一番短い波長に相当する)より大きい直径を
有する結晶質微小領域または異質物(例えばボイド)がミクロ粒子内に生成され
ることを避けることは特に望ましい。ミクロ粒子内のかかる結晶質微小領域また
は異質物の存在は望ましくないことにはそれから製造された歯科用複合材料の視
覚不透明度を増大せしめる。従って、本発明のミクロ粒子はかかる結晶質微小領
域および異質物の生成を実質的に阻止する条件下で配合される。簡単に云うと、
かかる結晶質微小領域および異質物は以後間々「視覚不透明化用包含物」と称さ
れる。 視覚不透明化用包含物の阻止は0.4μ未満の孔径を有する微細フィルターに
よってシリカ出発材料および/またはセラミック金属酸化物出発材料をろ過する
ことによって達成できる。好ましいろ過技術は約0.2〜0.25μより小さい
孔径の最終フィルターを有する一連の徐々に細かくなる「バルストン」フィルタ
ーを使用する。順次処理の間、出発材料の組合わせによって生成されたゲルは異
物を含有しないように保たれるべきである。ゲルから得られた乾燥され粉砕され
た固体の焼成中には、視覚不透明化用包含物を生成するに十分な程度に結晶質微
小領域の成長を促進する又はミクロ粒子内の種々の無機種間の反応および視覚不
透明化用包含物を含有する新規結晶質微小領域の生成を促進する焼成温度および
時間を避けるよう注意を払うべきである。一般に、約1100℃以上の焼成温度
は視覚不透明化用包含物の生成を促進する(通常、増大したもしくは新しい結晶
質微小領域として、またはボイドもしくは亀裂として)傾向があり、従って回避
されるべきである。 本発明の可視光硬化型歯科用複合材料に使用する場合、ミクロ粒子の屈折率は
好ましくは複合樹脂の屈折率に合わせられるべきである、例えば約±0.05の
範囲内、より好ましくは約±0.005の範囲内に。現在使用されている樹脂を
もってしては、ミクロ粒子は好ましくは1.60未満の屈折率を有する。ミクロ
粒子の屈折率を調節するための好ましい方法は珪素酸化物対セラミック金属酸化
物の比を変えることによるものである。ミクロ粒子屈折率は出発混合物中のセラ
ミック金属酸化物(または、焼成可能な前駆体化合物を使用する場合にはセラミ
ック金属酸化物の当量)に対する珪素の相対容量%の比較に基づ く内挿によって近似的に予測することができる。ミクロ粒子屈折率は純粋な非晶
質SiO2の屈折率(R.I. 1.459)とミクロ粒子内でとる多結晶形態
におけるセラミック金属酸化物の屈折率との間の上記の容量%比較に基づいてほ
ぼ直線的に変化する。 非ガラス質包含物の焼成および生成中にはミクロ粒子の溶融を起こさせる溶剤
の導入は避けることが望ましい。また、出発混合物は好ましくは実質的にクロラ
イドイオンを含有しない。クロライドイオンは焼成ミクロ粒子を含有する歯科用
複合材料をして望ましくない変色並びに保存寿命の低下を提示せしめるからであ
る。 拡大せずに又は光学拡大下で観察したときに、本発明のミクロ粒子は均一な外
観を有する微細なホワイトまたはオフホワイト粉末である。かかるミクロ粒子の
微細構造の同定は好ましくは透過型電子顕微鏡法(「TEM」)によって行われ
る。走査電子顕微鏡法(「SEM」)は一般に微細構造を十分に現出せしめない
。何故ならば、SEMではミクロ粒子が均一な灰色がかった外観を呈するからで
ある。しかしながら、TEMではミクロ粒子の微細構造は非常に区別的であり、
そして容易に認識できる。 図面は実施例1のミクロ粒子の300,000倍のTEM像である。サンプル
はミクロ粒子をアルミニウム粉末と混合し、その混合物を約0.7〜1.4MP
aの圧力で圧縮し、そしてその混合物をほぼ600℃に加熱してミクロ粒子をア
ルミニウムマトリックス中に埋込むことによって製造されたものであった。スラ
イスはダイヤモンドソーによってそのマトリックスから切断されそしてほぼ20
0μの厚さに機械的にみがかれたものであった。それから、スライスは電子線に
対して透過性になるように(「ガタン」デュアルイオンミル装置によって)イオ
ンビームで微粉砕された。イオンビーム微粉砕はアルゴン雰囲気下で行われ、そ
してスライスの両面が同時に微粉砕された。微粉砕中にスライスはコンスタント
に回転し、銃電圧は7KVから4KVまで変動し、そして銃角度は15度から8
度まで変動した。微粉砕されたスライスは100KVの加速電圧で操作されるJ
EOLモデル「100OX」透過電子顕微鏡によって写真撮影された。 境界11はミクロ粒子の外縁を表わす。円形の非晶質微小領域13は非晶質S
iO2を含有しており一般に一様な形を与えられている。非晶質微小領域の非常
にわずかまだらになった外観はそのサンプルをつくっている元のコロイドシリカ
アクアゾル粒子の中にTEMで見ることができるが、それはスライスの内部の結
晶質ZrO2微小領域(図示されていない)を通る透過によっていくらか強調さ
れているかも知れない。もっと小さな結晶質微小領域15は微小領域13よりも
色が黒く(灰色であり)、そしてテトラゴナルZrO2を含有している。非晶質
微小領域13は結晶質微小領域15によって実質的に均一に分散されている。ミ
クロ粒子は十分に濃密に見えそして視覚不透明化用包含物を示さない。それから
製造された歯科用複合材料の高圧縮強さはミクロ粒子内の多数の粒界に一部基因
する。かかる粒界は隣接する非晶質微小領域と結晶質微小領域との間に、且つ隣
接する結晶質微小領域間に、存在し、そしてミクロ粒子を通る亀裂の生長を弱め
る又は阻止することに役立つ。 一般に、本発明の歯科用複合材料は化学重合開始系例えば過酸化物化合物単独
、または適切なアミン、硫黄化合物、燐化合物もしくは遊離基種を生成するため
に過酸化物と反応し得るその他の化合物と組合わされた過酸化物化合物を含有す
る。代りに、本発明の歯科用複合材料は光誘導重合開始系例えばケトンもしくは
α−ジケトン化合物単独、または適切なアミン、過酸化物、硫黄化合物、燐化合
物もしくは歯科用複合材料樹脂の重合を行うためにケトンもしくはα−ジケトン
化合物と反応する又はそれによって増感されることが可能なその他の化合物と組
合わされたケトンもしくはα−ジケトンを含有することができる。また、本発明
の歯科用複合材料は適切な助剤例えば、促進剤、禁止剤、安定剤、顔料、染料、
粘度調整剤、増量または補強充填剤、表面張力降下剤、湿潤助剤、酸化防止剤、
および当業者によく知られているその他の成分を含有することも可能である。 歯科用複合材料の各成分の量およびタイプは硬化前後の複合材料に望ましい物
理的性質と取扱適性を付与するように調整されるべきである。例えは、複合材料
の硬化速度、硬化安定性、流動度、圧縮強さ、引張強さおよび耐久性は一般に重
合開始剤のタイプと量およびミクロ粒子の負荷およびサイズ分布を変え ることによって調節される。かかる調節は一般に従来の歯科用複合材料による経
験に基づいて経験的に行われる。注型用樹脂として使用するためには、歯科用複
合材料は一般にミクロ粒子45重量%以上を含有する。その他の用途(例えば前
歯または臼歯義歯、窩洞塗布剤、歯列矯正用ブラケット接着剤、歯冠用および橋
義歯用セメント、人工歯冠)では、一般にもっと高レベルのミクロ粒子配合が用
いられる。最大圧縮強度のためには(例えば、臼歯用には)、歯科用複合材料は
「樹脂結着セラミック」または「RBO」であることが好ましい。RBO複合材
料においては、樹脂の容積はかかるミクロ粒子が乾燥濃密状態にあるときのミク
ロ粒子のサンプル中に見い出される空隙容積よりも少なくあるべきである。RB
O複合材料は生来、少量の空気または他の気体を含有している。RBO複合材料
は一般にミクロ粒子少なくとも70容量%以上と樹脂30容量%までを含有する
。RBO複合材料は複合材料中の全てのボイドを置き換えるに十分な程度に樹脂
で充填されている複合材料(ここでは「樹脂発泡複合材料」と称する)より強い
。何故ならば、樹脂発泡複合材料においてはミクロ粒子は接触ではなく離間して
いる傾向があるからである。 好ましい態様においては、本発明の歯科用複合材料はサブミクロンシリカ粒子
例えばデグサ社から販売されている「アエロジル」「OX50」、「130」、
「150」および「200」シリカや、キャボット社から販売されている「Oa
b−O−Sil M5」シリカのような熱分解法シリカを含有する。「アエロジ
ルOX50」は好ましいサブミクロンシリカである。サブミクロンシリカ粒子は
好ましくは、樹脂による湿潤性を向上せしめるためにシラン処理されている。 サブミクロンシリカ粒子と本発明のミクロ粒子を特定量で含有する歯科用複合
材料は未硬化状態での特に望ましい取扱適性および硬化状態での予想外に高い圧
縮強さと直径引張強さを有する。サブミクロンシリカ粒子とミクロ粒子と樹脂は
次のような量が好ましい: かかる製品における圧縮強さと直径引張強さの最適化は複合材料中の充填剤の量
および表面積に依存することが判明した。次のような計算が有効である。この計
算においては、サブミクロンシリカ粒子およびミクロ粒子の表面積はシラン処理
前に測定され、そしてその指定された重量分率はシラン処理後に測定された重量
に基づいている。用語「全重量」は複合材料中のシラン処理サブミクロンシリカ
粒子とシラン処理ミクロ粒子を全わせた重量を意味する。第一段階では、サブミ
クロンシリカ粒子の表面積に全充填剤中のサブミクロンシリカ粒子の重量分率を
掛ける。第二段階ではミクロ粒子の表面積に全充填剤中のミクロ粒子の重量分率
を掛ける。それから、第一段階の積と第二段階の積を合算し、それに複合材料中
の全充填剤の重量分率を掛ける。その結果は(ここでは複合材料の「正味表面積
」として表わされている)、充填剤総添加量に依存せずに圧縮強さと直径引張強
さを最適化するために使用できる。例えば、「アエロジルOX50」サブミクロ
ンシリカ粒子とSiO ZrO2ミクロ粒子を含有する複合材料についての圧縮
強さは正味表面積約5m2/gに於ける値約390MPaから正味表面積約7m2
/gまたはそれ以上に於けるピーク値約440〜480MPaまで増大する;直
径引張強さは正味表面積が増大するとき最初は増大しそれから減少する、即ち、
正味表面積約5〜22m2/gに於ける値約75MPa以上と正味表面積約7〜
15m2/gに於ける値約90MPaを示す。 本発明の歯科用複合材料は当業者によく知られている手段例えばジャー、チ ューブ、アマルガム機カプセル、注射器等に含有された多成分系または一成分系
パッケージをもって包装され分配される。 本発明のミクロ粒子は歯科用複合材料における用途の他に非歯科用を意図した
プラスチック複合材料にも使用できる。かかる複合材料での使用に適する樹脂は
先に挙げた樹脂、並びに熱硬化性または熱可塑性樹脂例えばポリエステル樹脂、
アセチル樹脂、アミノ樹脂(例えば、尿素−ホルムアルデヒドおよびメラミンホ
ルムアルデヒド樹脂)、アルキド樹脂、セルロース樹脂(例えば、エチルセルロ
ース、酢酸セルロース、およびプロピオン酸セルロース樹脂)、フルオロカーボ
ン樹脂、フラン樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポ
リカルバメート樹脂、ビニル芳香族樹脂(例えばスチレン)、ポリオレフィン樹
脂(例えばポリエチレン)等である。 本発明のプラスチック複合材料はその他の助剤例えば重合開始剤、促進剤、禁
止剤、安定剤、顔料、染料、粘度調節剤、増量または補強充填剤、表面張力降下
剤、湿潤助剤、酸化防止剤、および当業者によく知られているその他成分を含有
することも可能である。 また、本発明のミクロ粒子は金属マトリックス複合材料またはセラミック複合
材料における補強剤としても、または上記米国特許第3,709,706号およ
び第3,793,041号に記載されているタイプのエラストマー材料用の耐摩
耗剤および/または補強剤としても使用できる。 下記実施例は本発明の理解を助けるために提示されているのであって、本発明
の範囲を制限するためのものではない。実施例1 31重量%のコロイドシリカアクアゾル(E.I.デュポンドヌムール社から
市販されている「ルトックスLS」)1065.6gを、脱イオン水で1:1に
希釈された濃硝酸11gの添加によって酸性にし、そして直列に配置された2個
の微細フィルターによってろ過した。最初の微細フィルターは2μの孔径を有す
る「バルストン級B」フィルターであり、そして二番目の微細フィルターは0.
25μの孔径を有する「バルストン級AA」フィルターであった。水性酢酸ジル
コニル(25重量%当量ZrO2を含有する)492.8gを同 じように希釈しろ過した。水性酢酸ジルコニルをガラスビーカーに入れ、ガラス
棒上に装架されたナイロンブレードで攪拌し、そして空気スターラーモーターに
よって循環させた。その攪拌水性酢酸ジルコニル中に生じた渦の中へコロイドシ
リカアクアゾルをゆっくり注いで当量SiO:ZrO2モル比5.5:1を有す
る混合物をつくった。得られた混合物を15分間攪拌してから「ピレックス」ガ
ラス矩形ケーキ皿の中に深さ約25mmに注いだ。その皿を75℃の強制空気炉
の中に24時間入れそれから取出して検査した。皿の底に青みがかった白色外観
のぼろぼろした粒状粉末が生成されていた。その皿を280℃の強制空気炉の中
に24時間入れてから取出して室温に放冷した。白色外観の弱く凝集した粉末を
皿から取出しそして、直径12mm×長さ12mmのセラミックロッド媒体を包
含するセラミックミルジャーの中で全ミル時間60分間でボールミル処理した。
逐次測定から明らかにされたのであるが、60分後に得られた粉砕分布はたった
45分のミル時間ですでに達成されていた。この微粉砕された粉末を矩形のガラ
ス質シリカのさやの中に約19mmの深さに入れ、そしてマッフル炉の中で40
0℃で16時間加熱した。それから、マッフル炉の温度を0.5時間毎に100
℃上げた。900℃で半時間後、マッフル炉の温度を1時間かけて950℃に上
げ、そして3時間かけて1000℃に上げた。さやをマッフル炉から取出し、大
気中で放冷した。得られた焼成粉末は弱く凝集しており白色外観を示した。それ
を上記セラミックボールミルの中で15分間微粉砕した。逐次測定が示すように
、15分後に得られた粉砕分布は5〜10分の微粉砕時間で達成することができ
た。微粉砕ミクロ粒子は30μの最大直径と4.5μの平均直径を有していた。
ミクロ粒子の約16重量%は1μ未満の直径を有していた。重量損失測定はミル
ライナーまたはミリング媒体の磨砕が起らなかったことを示しており、従ってミ
クロ粒子が低エネルギーによって容易に破砕できないことを示している。 ミクロ粒子100gをシクロヘキサン200mlで30分間スラリ化すること
によってミクロ粒子をシラン処理した。γ−メタクリロキシプロピルトリメトキ
シシラン(ユニオンカーバイド社から市販されている)5gとn−プロピルアミ
ン2gとの混合物をスラリに添加した。混合を1時間続行した。それか らスラリをヒュームフードで一晩乾燥し、その後さらに強制空気炉の中で41℃
で1時間そして105℃で2時間乾燥した。 臼歯義歯として特に有効な性能を有する可視光硬化型歯科用複合材料は次のよ
うな成分を完全に混合することによってシラン処理ミクロ粒子から製造された: 成 分 量(重量%) BIS−GMA 9.5 トリエチレングリコールジメチルメタクリレート 9.5 シラン処理ミクロ粒子 80.0 カンホロキノン 0.5 ジメチルアミノフェネタノール 0.5 100.0 得られた複合材料のサンプルは両端をシリコーンプラグで蓋された4.06m
m I.D.ガラス管の中に置かれた。その管は空気で0.28MPaに加圧さ
れたテストリングの中に置かれた。そのテストリングは管の対向面にねらいを定
められた2個のエスペ「エリパー」歯科用硬化用光線を包含しており、そしてそ
の光を管のまわりに180°弧回転させることを可能にするターンテーブル上に
装架された。それぞれの硬化用光線の光ガイドは管壁から3mm離れていた。両
方の硬化用光線を同時に操作し、そしてそれ等を管のまわりに連続して振動させ
ながら、管を硬化用光線からの20秒硬化サイクルに4回露出した。管をテスト
リングから取出して一対の隔離ローラー上に置き、そして110ワット「リッタ
ー」歯科用操作光線から0.6m離れたところを1時間回転させた。硬化サンプ
ルを管から取出し、そしてダイアモンドソーによってシリンダー状にスライスし
た。圧縮強さテストでは、長さ8.23mmのシリンダーを用い、そして直径引
張強さテストでは長さ2.21mmのシリンダーを用いた。シリンダーを37℃
蒸留水中で24時間貯蔵し、それからADA仕様書No.8および27に従って
テストした。複合材料の硬化サンプルの圧縮強 さは394MPa(4016Kg/cm2)であり、そして直径引張強さは80
MPa(816Kg/cm2)である。 複合材料のデスク状の1mm厚×20mm直径のサンプルは、デスクの各面を
距離6mmでエスペ「エリパー」歯科用硬化用光線からの照射に60秒間暴露す
ることによって硬化された。それから硬化複合材料サンプルを次のようにして視
覚不透明度とX線不透過度について評価した。 硬化複合材料サンプルは可視光フィルターを装備されたマクベス透過濃度計モ
デルTD−504によってデスクの厚さを通る光透過率を測定することによって
直接光透過率について測定された。それによって得られた濃度計値0.30は複
合材料サンプルの視覚不透明度値として割当てられた。視覚検査では、硬化複合
材料サンプルは匹敵する厚さの歯組織より大きな半透明性を有し、且つ天然歯列
に合うように容易に着色することができた。 硬化複合材料サンプルはシーメンス「ヘリオデント」歯科用X線ユニットを用
いて7mA、50KVピーク電圧、距離約250mmで0.25秒間X線に露出
された。X線ネガはリットン「プロフェックスレイ」自動フィルムプロセッサー
を用いて現像された。マクベス透過濃度計を用いて1.25〜1.30のフィル
ム濃度値が得られ、そしてその値は複合材料サンプルのX線不透過度値として割
当てられた。歯に詰め込んでX線によって試験したときに、複合材料は隣接歯組
織から容易に区別することができた。 複合材料の追加サンプルはエスペ「エリパー」歯科用硬化用光線からの照射に
距離0mmで20秒間露出することによって直径6mm×深さ2.5mmのシリ
ンダー状の型に硬化された。こうして硬化されたサンプルの上面と底面のバーコ
ル硬度試験は圧子No.934−1(バーバーコルマン社から市販されている)
を用いたときそれぞれ81と80の平均上面硬度値と平均底面硬度値を得た。 0.4μより大きい孔径を有するフィルター(例えば、孔径2μのフィルター
)でろ過されたまたはろ過されてない出発材料を用いて上記実施例を繰り返した
ところ、約0.40〜0.41の視覚不透明度を有する歯科用複合材料をもたら
した。硬化複合材料サンプルは匹敵する厚さの歯組織よりも不透明な外 観を有していた。歯の色に合うような顔料の添加は一般に視覚不透明度をさらに
約0.01〜0.02単位高め、そして、得られる複合材料をして匹敵する厚さ
の歯組織よりも明らかに不透明にするであろう。バーコル上面硬度および底面硬
度の値はそれぞれ平均で80と75であり、それはかかる複合材料の硬化度が上
記ろ過済みゾル歯科用複合材料を用いて得られるものよりも小さいことを表わす
実施例2〜14 実施例1の方法を用いて、種々のミクロ粒子が未ろ過ゾルから製造され、2ペ
ースト系化学硬化型歯科用複合材料に配合され、そして視覚不透明度とX線不透
過度について評価された。この歯科用複合材料は70〜76重量%ミクロ粒子を
含有しているので、その観測された視覚不透明度値は多くの場合実施例1で得ら
れた値0.30より低く且つ観測されたX線不透過度値は数の上では実施例1で
得られた値1.25〜1.30より高かった(即ち、より低いX線不透過性であ
った)。第1表には実施例の番号、使用されたセラミック金属酸化物、シリカ対
セラミック金属酸化物のモル比ミクロ粒子の屈折率、ミクロ粒子と樹脂の屈折率
の差、900℃、950℃または1000℃で焼成されたミクロ粒子から製造さ
れた複合材料の視覚不透明度と硬化時間、および1000℃で焼成されたミクロ
粒子から製造された歯科用複合材料のX線不透過度が記載されている。 ろ過済みゾルを使用してこれ等実施例を繰り返すと、匹敵する又は等しい値の
ミクロ粒子屈折率、ミクロ粒子と樹脂の屈折率の差、および硬化時間およびX線
不透過度がもたらされたであろう。視覚不透明度はより低くなったであろう。 実施例15〜41 実施例1の方法を用いて、種々のミクロ粒子がろ過済みゾルから製造され、2
ペースト系化学硬化型歯科用複合材料に配合され、そして視覚不透明度とX線不
透過度について評価された。この歯科用複合材料はミクロ粒子40〜80重量%
とシラン処理「アエロジルOX50」熱分解法サブミクロンシリカ粒子0〜40
重量%を含有していた。第2表には実施例の番号、使用されたセラミック金属酸
化物、シリカ対セラミック金属酸化物のモル比、および得られた複合材料のミク
ロ粒子の重量%、サブミクロンシリカ粒子の重量%、視覚不透明度、圧縮強さ、
直径引張強さ、X線不透過度、および上面と底面のバーコル硬度の値が記載され
ている。 実施例42 注型用樹脂 実施例1のミクロ粒子の様々な量をシラン処理「アエロジルOX50」熱分解
法シリカ粒子の様々な量および実施例1の樹脂の十分な量と組合わせて全充填剤
80重量%(シラン処理後の充填剤の併合された重量に基づく)および樹脂20
重量%を含有する複合材料を生成した。ミクロ粒子は5m2/gの表面積(シラ
ン処理前)を有し、そして熱分解法シリカ粒子は41m2/gの表面積(シラン
処理後)を有していた。第3表には、得られた複合材料についてその圧縮強度、
直径引張強さおよび視覚不透明度と共に、サブミクロンシリカ粒子とミクロ粒子
と樹脂の容量%および重量%が記載されている。 サブミクロンシリカ4〜40重量%を含有する複合材料は通常低粘度であるこ
とを示す気泡の表面上昇が起る流し込み可能なシロップであった。ほんの少数の
市販の歯科用複合材料は80重量%以上の充填剤を含有しているが、それ等は堅
い、かろうじて攪拌可能なペーストである。実施例43 高強度の臼歯用複合材料 様々な量のミクロ粒子とサブミクロンシリカ粒子と実施例42の樹脂を組合わ
せて(シラン処理後の充填剤の併合された重量に基づいて)90重量%までの全
充填剤を含有するRBC複合材料を生成した。第4表には、得られた複合材料に
ついてその圧縮強さ、直径引張強さおよび視覚不透明度と共に、サブミクロンシ
リカ粒子とミクロ粒子と全充填剤と樹脂の容量%および重量%が記載されている
。充填剤90重量%を含有する複合材料は 〔(41m2/g)(0.18/0.9)+(5m2/g)(0.72/0.9)
〕(0.9)=11.2m2/g の正味表面積を有していた。 これ等複合材料は突出した強度値と優れた取扱適性を示した。全充填剤90重
量%を含有する複合材料はさらに臨床上の研究のためにマサチュセッツ州ボスト
ンのホルシス・デンタルセンターに送られてMucacca Fasicularis モンキーの大
臼歯に積めた。6ケ月後、複合材料は視覚的に検出可能な摩耗を示さなかった。
複合材料はその未硬化状態では非常に望ましい稠度を有していた。それは用意し
た歯に過度の粘着および反発なしで詰めこむことができ、その臨床研究を指図す
る顧問医師の見解では彼が今まで出会ったどのプラスチック複合材料よりも「も
っとアマルガムのように」取扱うことができた。歯科医達は臼歯にアマルガム義
歯を入れる広範囲の訓練と経験をもっているのでアマルガム様稠度は特に望まし
い。 当業者には本発明の範囲を逸脱せずに種々の変形例が明らかになろう。本発明
はここに記載されている例示的態様に不必要に制限されるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTIONTechnical field   The present invention relates to composite materials containing non-vitreous microparticles. In addition, the present invention Relates to a method for producing such a composite material.Background art   Non-vitreous small particles can be obtained from various sources, for example, US Pat. No. 3,709,70.
No. 6, No. 3,793,041, No. 3,795,524, No. 4,166,14
7, 4,217,264 and 4,306,913, and the United Kingdom
It is described in Japanese Patent Application No. 2115799. Described in such material
Some of the small particles are combined with a binder (eg, a polymerizable resin) to form a composite material.
And a few of such small particles are capable of X-ray transparent composites made using such particles.
It may contain a sufficient amount of a suitable ceramic metal oxide to render it transient.   X-ray opacity is a highly desirable property for dental composites. X-ray opacity
Transient composites can be inspected using standard dental X-ray equipment, so they are next to hardened composites.
Facilitates long-term detection of marginal defects and tooth decay in contacting tooth tissue. However,
The dental composite should have low visual opacity, i.e., it is
And should be substantially transparent or translucent. Hardened dental composite
Low visual opacity is desired to have life-like gloss. Such dental
The composite material is intended to be cured or polymerized by visible light
If deep curing (sometimes more than 2 mm deep) is required,
Requirements for uniform hardness of composite materials and for conducting curing reaction in the oral cavity
Physical properties (unless the uncured composite is exposed to light, usually from only one direction)
, And curing light must be provided by a portable device)
The composite has low visual opacity that allows for deep and complete cure
Is determined.   Another desirable property for dental composites is durability. Durability sometimes
This can be improved by increasing the percentage of filler particles in the composite. However
However, increasing the amount of filler generally causes an increase in visual opacity,
And limits visible light cure depth and cure uniformity.   Yet another desirable property for dental composites is cure stability. Two components
Non-light-curable dental composites (or “chemically-curable” composites) The cure stability of the composite material is measured when the two components of the composite are mixed.
By comparing the polymerization set times of aged and unaged samples of the composite material
Be evaluated. Curing stability of one-component photocurable dental composites has aged
Top hardness and bottom of composite samples cured to standard depth without or after aging
It is evaluated by comparing the part hardness. Poor cure stability is an important factor in the aging of composite materials.
Variation in polymerization cure time between sample and unaged sample or top cure hardness and bottom
Expressed by the difference in cure hardness. Filler particles in dental composites are sometimes composite
Interacts with other components of the material (eg, polymerizable resin and polymerization initiator) to provide curing stability
Adversely affect These interactions are unpredictable and sometimes not fully understood.   In fact, X-ray opacity, low visual opacity, high loading of filler, and curing stability
It is very difficult to formulate dental composites with such commercially useful combinations
Has been proven.Summary of the Invention   The present invention   (A) a polymerizable resin suitable for use in the oral cavity;   (B) a radiopaque dental composite comprising a mixture with non-vitreous microparticles
Material,   The non-vitreous microparticles,   (I) a plurality of amorphous minute regions composed of silicon oxide;   (Ii) a plurality of crystalline micro-domains composed of an X-ray opaque polycrystalline ceramic metal oxide;
And an area   The amorphous minute regions are substantially uniformly scattered by the crystalline minute regions.
And   The microparticles are crystalline microregions having a diameter greater than 0.4 μm or
Radiopaque dental composite material free of voids, and dental
Render the composite radiopaque while imparting low visual opacity to the composite.
Provide a way to   Small particles for use in dental composites, for example, US Pat. 7,264 and 4,306,913 and the above-mentioned British Published Patent Application No. 21.
Other investigators involved in the manufacture of those described in US Pat.
Make such particles completely amorphous to allow a good refractive index match between
I thought that. The metal oxides used for such small particles generally have a refractive index greater than 2.
Index, but this value is much larger than the refractive index of ordinary resins. The present invention
Contrary to this researcher's attempt, both amorphous and crystalline
Is provided. Low visual opacity dental composites
Ensure that the particles do not substantially contain visual opacity inclusions
Obtained by In a preferred embodiment, the crystalline microdomains of such microparticles
Substantially all of the zones have a diameter of less than about 0.4μ.Details of the Invention   The term "radiopaque" when used to describe the dental composite of the present invention
"Hardness" is used to identify composite materials from tooth tissue using standard dental X-ray equipment.
Means that the composite composite shows sufficient opacity to X-rays. X-ray opacity
Desired extent depends on the specific application and the expectations of the practitioner evaluating the X-ray film
And fluctuate. The preferred X-ray opacity can be measured by the following test. Through
Normal dental X-ray film is a 1mm thick cured composite with normal irradiation time and strength.
Exposed through the material layer. Develop X-ray negatives and equip visible light filters
The density is evaluated using a Macbeth transmission densitometer model TD504. Preferably
Has a specified densitometer reading of about 1.4 or less, preferably 0.8 or less.   As used herein, "dental composite" refers to a polymerizable (or polymerized) tree
Curable (and also containing fats, one or more filler particles, and any desired auxiliaries
Cured), the resulting composition being suitable for use in the oral cavity
Means The dental composite material of the present invention may be a multi-component chemically curable composition.
It may be a single-component ultraviolet or visible light curable composition. The present invention
Dental composite materials include anterior or posterior dentures, cavity coatings, and orthodontic brackets
Special adhesives, crown and bridge denture cements, artificial crowns and casting resins
I found a use.   Polymerizable resins suitable for use in the dental composites of the present invention can be used in the oral environment.
Sufficient strength, hydrolytic stability, and non-toxic to make it suitable for use in
Is a curable organic resin having Examples of such resins are acrylates, methacrylates
G, urethane, epoxy resin and the like, for example, US Pat. No. 3,066,112.
No. 3,539,533, No. 3,629,187, No. 3,709,866
No. 3,751,399, No. 3,766,132, No. 3,860,556
No. 4,002,669, No. 4,115,346, No. 4,259,117
No. 4,292,029, No. 4,208,190, No. 4,327,014
Nos. 4,379,695, 4,387,240 and 4,404,15.
No. 0, and mixtures and derivatives thereof. In the present invention
The preferred polymerizable resin to be used is diglycidyl methacrylate of biphenol A.
(Often called “BIS-GMA”) and triethylene glycol di
It is a mixture with methacrylate (often called "TEGDMA")
.   The "non-glassy" microparticles used here are derived from the melt
Small diameter particles (preferably having a diameter of less than about 50μ). "
"Micro area" is magnified about 100,000 to 1,000,000 times with a transmission electron microscope
To give a uniform shape (or generally give a uniform shape) when observed
Microparticles that are visible and appear to contain single crystalline or amorphous organic species
It is the part inside. The microparticles of the present invention, when observed in that manner,
A plurality of microregions of at least two distinct types (ie,
2 or more). The two types of microregions
Here, they are referred to as “amorphous minute regions” and “crystalline minute regions”. Amorphous fine
The regions are substantially uniformly interspersed by crystalline microregions; ie, amorphous
The crystalline and crystalline microregions are substantially randomly distributed throughout the individual microparticles.
Are lined up. To test individual microparticles, use a representative sample of microparticles.
(Eg, 10-100) should be examined in detail, and individual microparticles
Calcined bonds that may cause agglomeration should be broken, for example, by gentle milling.
It is.   The presence of amorphous and crystalline microregions in microparticles is determined by X-ray or electron
Or other techniques suitable for testing small amorphous or crystalline species.
Can be measured. X-ray or electron diffraction analysis
FIG. 4 shows a characteristic identification pattern of a diffraction line when tested. Amorphous fine
The region is identified by X-ray or electron diffraction analysis even when present in an array of such small regions.
Does not show a distinguishable line when observed. The microparticles of the present invention
Because it contains both amorphous and crystalline microdomains, the microparticles
Indicates a diffraction image. The presence of amorphous micro-regions in microparticles
This is confirmed by the lack of a characteristic diffraction image corresponding to the constituent chemical species. Preferably
Indicates that the amorphous microregions have a diameter of less than about 0.1 μm, and more preferably about 0 μm.
. It has a diameter of 002-0.05μ.   "X-ray opaque" metal oxide, when it is present in the microparticles of the invention
Effectively make dental composites made with the microparticles radiopaque
Is an inorganic oxide that suppresses X-ray transmission through microparticles to a sufficient extent. "
"Polycrystalline" metal oxides have a unit cell structure that is reduced by X-ray or electron diffraction analysis.
Sufficient to be recognized or identified by testing the
It has the same number of crystalline microregions. In general, crystalline microregions are the entire volume of microparticles.
About 1/2% by volume (preferably 5% by volume or more) of the amount. Actual capacity% is
It depends on the type and amount of metal oxide used. Preferably, crystalline micro domains
The region has a diameter of less than about 0.05μ when measured using X-ray or electron diffraction analysis.
And more preferably has a diameter of about 0.001 to 0.01μ.   "Ceramic" metal oxides are fired in their pure form to produce a standard air environment.
Rigid or self-supporting polycrystalline, eg stable at 23 ° C. and 50% relative humidity
An inorganic oxide that can take the form. A suitable ceramic metal oxide is Miku
Non-toxic when incorporated into microparticles and is colorless or weakly colored
Only: for example, BaO, BiTwoOThree, CaO, NbTwoOFive, SbTwoOFive,
SnOTwo, TaTwoOFive, TiOTwo, YTwoOThree, ZnO, ZrOTwo, And lanthanides
Oxides (eg, CeOTwo, CeTwoOThreeAnd LaTwoOThree), As well as mixtures or mixed oxides thereof. Good
The preferred ceramic metal oxide is HfOTwo, LaTwoOThree, SrO, ZrOTwoAnd it
And the like, ZrOTwoIs most preferred. Characteristically, X in microparticles
Substantially all (for example, 90% by weight or more) of the line-opaque ceramic metal oxide is
Exists in its polycrystalline form, and is substantially free of amorphous form (eg, 1
Less than 0% by weight).   Preferred method for producing microparticles of the present invention (here "sol-gel")
The method is referred to as (1) an aqueous or organic dispersion or sol of amorphous silica and (
2) The desired X-ray opaque ceramic metal oxide or the desired X-ray opaque ceramic
Aqueous or organic organic or inorganic precursor compounds that can be calcined to
In combination with a dispersion, sol, or solution of Simply put,
The dispersion or sol of Rica is hereinafter sometimes also referred to as “silica starting material”; and
The dispersion, sol or the above-mentioned ceramic metal oxide or precursor compound for X-ray opacity
The solution is sometimes referred to hereinafter as the "ceramic metal oxide starting material." Silica starting material
The mixture of the raw material and the ceramic metal oxide starting material is dried to a solid, ground and calcined.
And re-ground to microparticles of the invention. Then apply the microparticles
The composite material of the present invention can be combined with a cutting resin.   Although aqueous or organic silica starting materials can be used in the sol-gel process,
Also, aqueous silica starting materials are preferred for economic reasons. Suitable aqueous silica starting materials
Preferably comprises about 1 to 50% by weight of colloidal silica, more preferably 15 to 35% by weight.
It is contained at a concentration of%. Suitable organosilica starting materials are ethanol, normal
Or isopropyl alcohol, ethylene glycol, dimethylformamide or
And organic solvents such as various "cellosolve" glycol ethers, preferably water
Organosol containing colloidal dispersion of silica in miscible polar organic solvent)
is there. The size of the colloidal silica particles of the silica starting material can vary, for example
0.001 to 0.1 μ, preferably about 0.002 to 0.05 μ.   Preferred silica starting materials that can be used in the present invention are E.I. I. Du Pont de Nemours Aquasol sold by the company under the trademark "Ludox". Other
Useful silica starting materials are trade names "Narco", "Siton" and "Niacol"
They are commercially available dispersions or aquasols. Yet another suitable commercially available silicon
The starting materials are described in the aforementioned U.S. Pat. Nos. 3,709,706 and 3,793,041.
No.   Preferably, the silica starting material removes unusual solids, bacterial growth and other impurities.
To be filtered. More preferably, the silica starting material will be described in detail later.
It is filtered by a fine filter. If desired, silica can be other mineralized
Compounds such as amorphous microparticles under the conditions used to produce the microparticles of the invention
Those compounds that can generate regions (eg, BTwoOThree) By adding
it can. The addition of such inorganic compounds may change the refractive index of the final microparticle
, And may affect the visual opacity of dental composites made with it
Note that this is not the case.   The sol-gel process uses either aqueous or organic ceramic metal oxide starting materials.
Although available, aquasols are preferred for economic reasons. Suitable commercial ceramics
Metal oxide aquasol is CeOTwo, SbTwoOFive, SnOTwo, And ZrOTwoAku
Sol, etc. Commercial ZrOTwoAquasol is generally small (for example, 1-3% by weight).
HfO)TwoAs foreign matter. Suitable calcinable precursor compounds are preferred
Or carboxylate (eg, acetate, formate, oxalate,
Tate, propylate, citrate, or acetylacetonate) or inorganic
It is a salt of an acid (for example, nitrate).
It depends on ease of handling. Precipitate or undesired crystalline microregions before gelation
Generate water-soluble or acid-soluble compounds or colored impurities in the microparticles.
The use of the resulting precursor compounds should preferably be avoided. Effective cost for the present invention
Typical precursor compounds are barium acetate, lanthanum nitrate, strontium nitrate, nitric acid
Tantalum and zirconium acetate.   Other metal oxides that do not themselves provide sufficient radiopacity would be desirable
For example, it may be included in the microparticle of the present invention. Such other metal oxides are, for example,
Various physical properties of the particles (eg, refractive index, hardness, density or porosity) Degree) or the physical properties of dental composites produced using it (eg,
The viscosity, or the compressive strength, tensile strength or visual opacity after curing)
It is effective for. Such other metal oxide is AlTwoOThreeAnd CaO. Up
When using the sol-gel method, such other metal oxides may be replaced by other desired metal oxides.
Dispersion or sol containing (or itself containing a calcinable precursor compound)
Suitable dispersions or sols) starting from silica starting materials and ceramic metal oxides
It can be incorporated into the final microparticle by combination with the material. Hope
If such other metal oxide is silica coated with such other metal oxide
Silica sol containing particles (eg, “Nalco” 612 or 613 alumina
It is also possible to introduce by using
.   In a most preferred embodiment, the sol-gel method is performed as follows. Ma
Aquasol containing colloidal silica is the desired ceramic metal oxide for X-ray opacity.
Object (eg, ZrOTwo) Or a calcinable precursor compound (eg, zirconium acetate)
) Is mixed with a rapidly stirred sol or solution containing For some starting materials
If the order of addition is reversed, the amorphous micro-regions and crystalline micro-
This may result in non-uniform scatter of the area. The mixture does not cause uneven gelling
It should preferably be sufficiently acidic. For example, the pH is silica: silyl acetate
Preferably less than about 4.5 for the conium mixture. Then the mixture
For example, by increasing the pH, by dehydration (eg, a “rotovap”
Gel) by heating the mixture to a temperature below its boiling point
Be transformed into For example, dehydration by heating to less than about 75 ° C. can be accomplished by silica: silyl acetate
Can be used for conium mixtures.   Gels may include a significant portion of the water or other solvent present in the starting material.
No. The gel should be at a temperature and pressure sufficient to remove water or solvent without boiling the gel.
By heating, for example, by heating at 75 ° C. and ambient pressure for 20 to 24 hours.
The result is a dried or substantially dried solid. Drying is preferably in a shallow dish
Done in The dried solid breaks down into small granules. Small granules are preferably
Finely ground to facilitate removal of organic compounds. And then the granules At a temperature and pressure sufficient to remove substantially all such organic compounds, e.g.,
200-600 ° C., preferably 300-600 ° C. for 2-4 hours in air at atmospheric pressure
Heated. Measure the degree of organic compound removal using differential thermal analysis or mass spectrometry.
Wear. The resulting powder is very brittle and can be further pulverized.   Next, the powder is a polycrystalline ceramic metal oxide or a ceramic metal oxide or precursor.
Calcined at a temperature and for a time sufficient to convert to a chloride. Silicon oxide to its amorphous
Growth of crystalline microregions having a diameter greater than about 0.4μ, or
Increase the density of microparticles to prevent formation and reduce voiding
The firing time and temperature should not be excessive.
You. During the firing cycle, the microparticles have a reduced density surface area, pore volume and pore size.
Undergo significant changes. Density tends to increase during firing, surface area and pore volume
Tends to decrease. For example, a 5.5: 1 molar ratio of SiOTwo: ZrOTwoWith microparticles
After firing to about 1000 ° C., the density reaches about 2.50 g / cc. Surface area is 40
It reaches a maximum after firing at 0 ° C. (about 175 to 200 m when measured by the BTT method).Two/
g), which drop after firing at 950 ° C. (about 50 to 75 m).Two/ G value), it
After firing to 1000 ° C. (approximately 4-6 mTwo/ G value)
The pore volume is 400-700 ° C. and after firing (measured by the BET method)
Reaches about 40% of the particles and then drops to substantially zero after firing to about 1000 ° C
. SiOTwo: ZrOTwoFor microparticles, calcination is performed on polycrystalline zirconia (eg,
Tetragonal ZrOTwo) Is produced, but zircon (ZrSiOFour) Or cristobalite
(SiOTwo) Should be done just enough to avoid the formation of crystalline microregions
. A firing temperature of about 1000-1100 ° C is preferred.   The term "milling in the green state" turns ceramic metal oxides into their polycrystalline form
Is used here to describe the micronization of microparticles before firing
You. Using pulverization in the green state is a dental composite with good cure stability
It has proven to be very useful in obtaining the material. In particular, fine pulverization in the unfired state
This is the case when both sintering and optimization of the firing temperature are used.   SiOTwo: ZrOTwoCure stability of dental composites made from microparticles Forecasting is based on contacting an aqueous slurry of microparticles with an alizarin indicator.
Thus, it was proved effective to evaluate the pH of the microparticles after firing. finger
SiO to change the indicator to yellow (pH <6)Two: ZrOTwoMicroparticles have indicator
SiO that changes from pink to red (pH> 7)Two: ZrOTwoBetter than microparticles
Tend to be a dental composite with improved cure stability. In the above unfired state
The pulverization process is a process that changes the alizarin indicator to yellow.Two: ZrOTwomicro
It has been found to be effective in producing particles.   In addition to the factors mentioned above, higher firing temperatures increase the hardness of microparticles
And tends to reduce water absorption. Also, the higher firing temperature depends on the firing
Dental composites made from microparticles result in faster polymerization set times.   Firing is performed, for example, in a muffle furnace in a glassy silica boat in a shallow layer (eg,
(25 mm depth). And then
To provide microparticles having a desired average particle size, for example, less than 50μ.
Re-crushed. Re-grinding can be carried out using a conventional apparatus, and preferably,
A grinding medium having the same refractive index as the black particles is used.   The relative molar ratio of silicon oxide to ceramic metal oxide in microparticles is the desired refraction
It should be adjusted to give the rate and radiopacity. Most preferred SiO
Two: ZrOTwoFor microparticles, SiOTwoVs. ZrOTwoIs preferably about 2
/ 1 or more, preferably a value of about 3/1 to 9/1, and a value of about 5/1 to 7.5 / 1.
Is most preferred. Mixtures containing other silica-to-ceramic metal oxide mixtures
For black particles, the ratio of silica to ceramic metal oxide is the desired X-ray opacity.
At the same time, achieving and achieving the desired refractive index of the microparticles and other desired physical properties.
The desired visual opacity, durability and cure stability of dental composites produced from
Should be adjusted to enable the achievement of other desired physical properties.   The relative ratio of silicon oxide to ceramic metal oxide is the
Higher silicon oxide content may also affect the polymerization cure time rate of the composite material.
Generally leads to fast setting times.   A diameter larger than about 0.4μ (the size of which corresponds to the shortest wavelength of visible light)
Crystalline microregions or foreign matter (eg, voids)
It is particularly desirable to avoid that. Such crystalline microregions within microparticles or
The presence of foreign matter is undesirable, as is the view of the dental composites produced therefrom.
Increases perceived opacity. Therefore, the microparticles of the present invention have such crystalline microdomains.
And under conditions that substantially inhibit the formation of local and foreign substances. In short,
Such crystalline microregions and foreign substances are hereinafter sometimes referred to as "visual opacity inclusions".
It is.   Blocking of visual opacity inclusions in fine filters with pore sizes less than 0.4μ
Therefore, the silica starting material and / or the ceramic metal oxide starting material are filtered.
Can be achieved by: Preferred filtration techniques are less than about 0.2-0.25μ
A series of progressively smaller "Balston" filters with a final filter of pore size
Use During sequential processing, the gel generated by the combination of starting materials may differ.
It should be kept free of material. Dried and crushed obtained from the gel
During firing of the solid, the crystalline fines are sufficiently large to produce visual opacity inclusions.
Reactions between various inorganic species within microparticles that promote the growth of small areas or visual impairments
Baking temperature to promote the formation of novel crystalline microdomains containing inclusions for clarification and
Care should be taken to avoid time. Generally, a firing temperature of about 1100 ° C. or more
Promotes the formation of visual opacity inclusions (usually with increased or new crystals
Quality micro-areas or as voids or cracks) and thus avoidance
It should be.   When used in the visible light-curable dental composite material of the present invention, the refractive index of the microparticles is
It should preferably be matched to the refractive index of the composite resin, e.g.
Within the range, more preferably within the range of about ± 0.005. Resin currently used
As such, the microparticles preferably have a refractive index of less than 1.60. micro
A preferred method for adjusting the refractive index of particles is silicon oxide versus ceramic metal oxide
It is by changing the ratio of things. The microparticle refractive index is determined by the sera in the starting mixture.
Mick metal oxide (or ceramic when using a calcinable precursor compound)
Based on the relative volume% of silicon to the equivalent It can be approximately predicted by interpolation. Microparticle refractive index is pure amorphous
Quality SiOTwo(RI 1.459) and polycrystalline morphology of microparticles
Based on the above volume% comparison with the refractive index of the ceramic metal oxide at
It changes linearly.   Solvents that cause microparticles to melt during firing and formation of non-vitreous inclusions
Should be avoided. Also, the starting mixture is preferably substantially
Contains no ion. Chloride ion is for dental use containing calcined microparticles
This can cause the composite to exhibit undesirable discoloration and reduced shelf life.
You.   When observed without magnification or under optical magnification, the microparticles of the invention have a uniform outer appearance.
A fine white or off-white powder with an appearance. Of such microparticles
Microstructure identification is preferably performed by transmission electron microscopy ("TEM").
You. Scanning electron microscopy ("SEM") generally does not reveal microstructure well
. Because in SEM the microparticles have a uniform grayish appearance
is there. However, in TEM the microstructure of the microparticles is very distinct,
And you can easily recognize it.   The drawing is a TEM image of the microparticles of Example 1 at a magnification of 300,000. sample
Mixes microparticles with aluminum powder and mixes the mixture at about 0.7-1.4MPa.
a), and heating the mixture to approximately 600 ° C. to remove the microparticles.
It was produced by embedding in a luminium matrix. Sura
The chair is cut from its matrix by a diamond saw and
It was mechanically polished to a thickness of 0μ. Then, the slice is turned into an electron beam
(By “Gatan” dual ion mill equipment)
It was finely pulverized with a beam. The ion beam pulverization is performed in an argon atmosphere.
Then both sides of the slice were pulverized simultaneously. Slices are constant during milling
, The gun voltage varies from 7KV to 4KV, and the gun angle varies from 15 degrees to 8
Fluctuated to degrees. The milled slice is operated at an accelerating voltage of 100 KV.
EOL model "100OX" photographed by transmission electron microscope.   Boundary 11 represents the outer edge of the microparticle. The amorphous amorphous microregion 13 is made of amorphous S
iOTwoAnd is generally given a uniform shape. Extremely small amorphous regions
The slightly mottled appearance is the original colloidal silica making the sample
Inside the aquasol particles can be seen by TEM, but it is not
Crystalline ZrOTwoSome enhancement due to transmission through small areas (not shown)
May have been. Smaller crystalline microregions 15 are smaller than microregions 13.
Black (gray) in color and tetragonal ZrOTwoIt contains. Amorphous
The minute regions 13 are substantially uniformly dispersed by the crystalline minute regions 15. Mi
The chromium particles appear dense enough and do not show visual opacifying inclusions. then
High compressive strength of manufactured dental composites is partially due to multiple grain boundaries in microparticles
I do. Such a grain boundary is located between the adjacent amorphous and crystalline micro regions and
Between the adjacent crystalline microregions and reduces the growth of cracks through microparticles
To help or prevent.   Generally, the dental composite material of the present invention is a chemical polymerization initiation system such as a peroxide compound alone.
Or to produce suitable amines, sulfur compounds, phosphorus compounds or free radical species
Contains peroxide compounds in combination with other compounds capable of reacting with peroxide
You. Alternatively, the dental composite of the present invention may comprise a light-induced polymerization initiation system such as a ketone or
α-diketone compound alone or an appropriate amine, peroxide, sulfur compound, phosphorus compound
Ketone or α-diketone for the polymerization of dental or dental composite materials
Pair with other compounds that can react with or be sensitized by the compound
It may contain combined ketones or α-diketones. In addition, the present invention
The dental composite of the invention has suitable auxiliaries such as accelerators, inhibitors, stabilizers, pigments, dyes,
Viscosity modifiers, bulking or reinforcing fillers, surface tension depressants, wetting aids, antioxidants,
And may contain other components well known to those skilled in the art.   The amount and type of each component of the dental composite is desirable for the composite before and after curing
It should be adjusted to provide physical properties and handleability. For example, composite materials
The cure speed, cure stability, flowability, compressive strength, tensile strength and durability of
Vary the type and amount of initiator and the loading and size distribution of the microparticles Is adjusted by Such adjustments are generally made by conventional dental composites.
Performed empirically based on experiments. To use as a casting resin, a dental composite
The composite generally contains at least 45% by weight of microparticles. Other uses (eg before
Tooth or molar dentures, cavity application, orthodontic bracket adhesive, crown and bridge
Denture cements and artificial crowns) generally require higher levels of microparticle loading.
Can be. For maximum compressive strength (eg, for molars), dental composites
It is preferably “resin-bound ceramic” or “RBO”. RBO composite
In the preparation, the volume of the resin is
Should be less than the void volume found in the sample of particles. RB
O-composites inherently contain small amounts of air or other gases. RBO composite material
Generally contains at least 70% by volume of microparticles and up to 30% by volume of resin
. The RBO composite is sufficiently resinous to replace all voids in the composite
Stronger than composite material filled with (herein referred to as "resin foam composite material")
. Because, in resin foam composites, the microparticles are not
This is because there is a tendency.   In a preferred embodiment, the dental composite of the present invention comprises submicron silica particles
For example, “Aerosil”, “OX50”, “130”, sold by Degussa,
“150” and “200” silica, and “Oa” sold by Cabot
It contains pyrogenic silica, such as "b-O-Sil M5" silica. "Aeroji
OX50 "is a preferred submicron silica. Submicron silica particles
Preferably, silane treatment is performed to improve the wettability by the resin.   Dental composite containing submicron silica particles and microparticles of the invention in specific amounts
The material has particularly good handling properties in the uncured state and unexpectedly high pressure in the cured state.
It has a compressive strength and a diametral tensile strength. Submicron silica particles, microparticles and resin
The following amounts are preferred: Optimization of compressive strength and diametral tensile strength in such products depends on the amount of filler in the composite.
And surface area. The following calculation is valid. This meter
By calculation, the surface area of submicron silica particles and microparticles
Measured before and the specified weight fraction is the weight measured after the silane treatment.
Based on The term "total weight" refers to silane-treated submicron silica in composites
It means the total weight of the particles and the silane-treated microparticles. In the first stage, submit
The weight fraction of submicron silica particles in the total filler is
Multiply. In the second stage, the surface area of the microparticles is determined by the weight fraction of the microparticles in the total filler.
Multiply. Then, the product of the first stage and the product of the second stage are added together,
Times the total filler weight fraction. The result (here the "net surface area" of the composite
), Compressive strength and diametral tensile strength independent of the total filler loading
Can be used to optimize For example, "Aerosil OX50" submicro
Silica particles and SiO ZrOTwoCompression on composites containing microparticles
Strength is about 5m net surface areaTwo/ G from about 390MPa to about 7m net surface areaTwo
/ G or more up to a peak value of about 440-480 MPa;
The diametral tensile strength initially increases and then decreases when the net surface area increases, i.e.,
Net surface area about 5-22mTwo/ G at about 75 MPa or more and a net surface area of about 7 to
15mTwo/ G at about 90 MPa.   The dental composite material of the present invention can be prepared by means well known to those skilled in the art, for example, Multi-component or single-component systems contained in tubes, amalgam capsules, syringes, etc.
Packaged and distributed with packages.   The microparticles of the invention are intended for non-dental uses as well as for use in dental composites
Can also be used for plastic composites. Resins suitable for use in such composite materials are
The resins listed above, as well as thermosetting or thermoplastic resins such as polyester resins,
Acetyl resin, amino resin (for example, urea-formaldehyde and melamine pho
Lumaldehyde resin), alkyd resin, cellulose resin (eg, ethyl cellulose)
Cellulose, cellulose acetate, and cellulose propionate resins), fluorocarbon
Resin, furan resin, polyurethane resin, phenol resin, polyamide resin,
Licarbamate resin, vinyl aromatic resin (for example, styrene), polyolefin resin
Fat (eg, polyethylene).   The plastic composite material of the present invention may contain other auxiliaries such as polymerization initiators, accelerators,
Stoppers, stabilizers, pigments, dyes, viscosity modifiers, bulking or reinforcing fillers, surface tension reduction
Contains agents, wetting aids, antioxidants, and other ingredients well known to those skilled in the art.
It is also possible.   Also, the microparticles of the present invention may be a metal matrix composite or ceramic composite.
US Pat. No. 3,709,706 and US Pat.
Wear for elastomeric materials of the type described in U.S. Pat.
It can also be used as a wear and / or reinforcement agent.   The following examples are provided to aid the understanding of the present invention, and
It is not intended to limit the range ofExample 1   31% by weight colloidal silica aquasol (from EI du Pont de Nemours)
1065.6 g of commercially available "Lutox LS" is 1: 1 with deionized water.
Acidified by addition of 11 g of diluted concentrated nitric acid and placed in series
And filtered through a fine filter. The first fine filter has a pore size of 2μ
And a second fine filter is a "Balston grade B" filter.
It was a "Balston grade AA" filter with a pore size of 25μ. Aqueous gill acetate
Conil (25% by weight equivalent ZrOTwo492.8 g) Diluted and filtered. Place the aqueous zirconyl acetate in a glass beaker,
Stir with a nylon blade mounted on a rod, and use an air stirrer motor
Therefore, it was circulated. Colloids are introduced into the vortex created in the stirred aqueous zirconyl acetate.
Slowly pour Liqua aquasol and equivalence SiO: ZrOTwoHas a molar ratio of 5.5: 1
To make a mixture. The resulting mixture is stirred for 15 minutes and then
Lath was poured into a rectangular cake dish to a depth of about 25 mm. Place the dish in a forced air oven at 75 ° C
For 24 hours and then removed and inspected. Bluish white appearance at the bottom of the plate
A shabby granular powder had been produced. Place the dish in a forced air oven at 280 ° C
For 24 hours, then removed and allowed to cool to room temperature. Weakly agglomerated powder with white appearance
Remove from the dish and wrap a ceramic rod medium 12mm in diameter x 12mm in length.
Ball milling was carried out in a ceramic mill jar for a total mill time of 60 minutes.
The crush distribution obtained after 60 minutes, as revealed by sequential measurements, was only
It was already achieved with a mill time of 45 minutes. This finely pulverized powder is
Into a depth of about 19 mm in a porous silica pod and 40 in a muffle furnace.
Heat at 0 ° C. for 16 hours. Then, the temperature of the muffle furnace is set to 100 every 0.5 hour.
° C. After half an hour at 900 ° C, raise the temperature of the muffle furnace to 950 ° C over 1 hour.
And raised to 1000 ° C. over 3 hours. Remove the pods from the muffle furnace and
It was allowed to cool in the air. The calcined powder obtained was weakly agglomerated and showed a white appearance. It
Was ground in the above ceramic ball mill for 15 minutes. As the sequential measurements show
The milling distribution obtained after 15 minutes can be achieved with a milling time of 5 to 10 minutes
Was. The milled microparticles had a maximum diameter of 30μ and an average diameter of 4.5μ.
About 16% by weight of the microparticles had a diameter of less than 1μ. Weight loss measurement in mill
This indicates that attrition of the liner or milling media has not occurred, and
This indicates that the black particles cannot be easily crushed by low energy.   Slurrying 100g of microparticles with 200ml of cyclohexane for 30 minutes
To silane the microparticles. γ-methacryloxypropyl trimethoxy
5 g of silane (commercially available from Union Carbide) and n-propylamido
A mixture with 2 g of the solvent was added to the slurry. Mixing was continued for one hour. Or that The slurry in a fume hood overnight, and then further in a forced air oven at 41 ° C.
For 1 hour and 105 ° C. for 2 hours.   Visible light-curable dental composites with particularly effective performance as molar dentures are as follows:
Prepared from silanized microparticles by thoroughly mixing such components:     Component Amount (% by weight)     BIS-GMA 9.5     Triethylene glycol dimethyl methacrylate 9.5     Silane-treated microparticles 80.0     Canholoquinone 0.5     Dimethylaminophenetanol 0.5                                                                                                                      100.0   The resulting composite sample was 4.06 m covered with silicone plugs at both ends.
mI. D. Placed in a glass tube. The tube is pressurized to 0.28 MPa with air.
Was placed in a test ring. The test ring aims at the opposite surface of the tube.
The two ESPE "Elipper" dental curing beams included and included
On a turntable that allows the light to be turned 180 ° around the tube
Was mounted. The light guide for each curing beam was 3 mm away from the tube wall. Both
Operate the two curing beams simultaneously and vibrate them continuously around the tube
While the tube was exposed four times to a 20 second cure cycle from the curing light. Test tube
Removed from the ring, placed on a pair of isolation rollers, and placed in a 110 watt "liter
ー ”A part 0.6 m away from the dental operation light beam was rotated for one hour. Cured sump
Remove the tube from the tube and slice it into a cylinder with a diamond saw
Was. For the compressive strength test, a cylinder having a length of 8.23 mm was used, and the diameter was reduced.
In the tensile strength test, a cylinder having a length of 2.21 mm was used. 37 ° C cylinder
Store in distilled water for 24 hours and then ADA Specification No. According to 8 and 27
Tested. Compressive strength of composite cured samples 394MPa (4016Kg / cmTwo) And the diametral tensile strength is 80
MPa (816 kg / cmTwo).   A 1 mm thick x 20 mm diameter sample of a composite material desk is designed to cover each side of the desk.
Expose for 60 seconds at a distance of 6 mm to irradiation from an Espe "Elipper" dental curing light
Was cured by Then view the cured composite sample as follows:
The visual opacity and the X-ray opacity were evaluated.   The cured composite sample is a Macbeth densitometer model equipped with a visible light filter.
By measuring the light transmission through the desk thickness by Dell TD-504
It was measured for direct light transmission. The resulting densitometer value of 0.30 is duplicated.
Assigned as visual opacity value of composite sample. In visual inspection, cured composite
The material sample has greater translucency than a tooth tissue of comparable thickness, and a natural dentition
It could be easily colored to suit.   Cured composite material sample using Siemens "Heliodent" dental X-ray unit
Exposure to X-ray for 0.25 seconds at 7mA, 50KV peak voltage, distance about 250mm
Was done. X-ray negative is Lytton "Profex Ray" automatic film processor
Developed using 1.25 to 1.30 fill using Macbeth transmission densitometer
And the value is divided as the radiopacity value of the composite sample.
Was hit. When packed in teeth and tested by X-ray, the composite material is
It could be easily distinguished from the weave.   Additional samples of the composite material are illuminated by Espeer “Elipper” dental curing light
By exposing for 20 seconds at a distance of 0 mm, a 6 mm diameter x 2.5 mm deep
It was cured into an undermold. Barcos on the top and bottom of the sample thus cured
The indenter No. 934-1 (commercially available from Barber Colman)
Were used to obtain an average upper surface hardness value and an average lower surface hardness value of 81 and 80, respectively.   A filter having a pore size larger than 0.4μ (for example, a filter having a pore size of 2μ)
The above example was repeated with the starting material filtered or unfiltered in)
However, a dental composite material having a visual opacity of about 0.40 to 0.41 has been obtained.
did. Hardened composite samples are more opaque than comparable thicknesses of tooth tissue Had a view. The addition of pigments that match the color of the teeth generally increases visual opacity.
About 0.01-0.02 units higher and comparable thickness to the resulting composite
Would be much more opaque than tooth tissue. Barcol top and bottom hardness
The degree values are on average 80 and 75, respectively, which indicates that the degree of cure of such composites is higher.
Represents less than that obtained using the filtered sol dental composite
.Examples 2 to 14   Using the method of Example 1, various microparticles were produced from the unfiltered sol and 2
Incorporated in a chemically hardened dental composite material and has visual opacity and X-ray opacity
Was evaluated for excess. This dental composite contains 70-76% by weight microparticles.
As such, the observed visual opacity values are often obtained in Example 1.
X-ray opacity values lower than the observed value of 0.30 and observed are numerically
The value obtained was higher than 1.25 to 1.30 (i.e. lower radiopaque).
). Table 1 contains the number of the example, the ceramic metal oxide used, silica
Refractive index of ceramic metal oxide microparticles, refractive index of microparticles and resin
Manufactured from microparticles fired at 900 ° C, 950 ° C or 1000 ° C
Opacity and cure time of cured composites and microfiring at 1000 ° C
X-ray opacity of a dental composite made from the particles is described.   Repeating these examples using the filtered sol would give comparable or equal values.
Microparticle refractive index, difference between microparticle and resin refractive index, and curing time and X-ray
An opacity would have resulted. Visual opacity would have been lower. Examples 15 to 41   Using the method of Example 1, various microparticles were produced from the filtered sol and 2
Formulated into paste-based chemically cured dental composites, and has visual opacity and X-ray
The transmission was evaluated. This dental composite material is 40-80% by weight of microparticles
And Silane Treatment "Aerosil OX50" Pyrolysis Submicron Silica Particles 0-40
% By weight. Table 2 shows the numbers of the examples and the ceramic metal acids used.
, The molar ratio of silica to ceramic metal oxide, and the resulting composite
% By weight of particles, sub-micron silica particles by weight, visual opacity, compressive strength,
The values of diametral tensile strength, X-ray opacity, and Barcol hardness of the top and bottom surfaces are described.
ing. Example 42 Casting resin   Various amounts of the microparticles of Example 1 were pyrolyzed with silane treatment "Aerosil OX50"
Total filler in combination with various amounts of silica particles and a sufficient amount of the resin of Example 1
80% by weight (based on the combined weight of the filler after silanization) and the resin 20
A composite material containing% by weight was produced. 5m for microparticlesTwo/ G surface area (sila
Before treatment), and the pyrogenic silica particlesTwo/ G surface area (silane
After treatment). Table 3 shows the compressive strength of the obtained composite material,
Submicron silica particles and microparticles with diameter tensile strength and visual opacity
And% by volume and% by weight of the resin.   Composites containing 4 to 40% by weight of submicron silica usually have low viscosity.
This was a pourable syrup in which the surface of bubbles showing the following rise occurred. Only a few
Commercial dental composites contain more than 80% by weight of fillers,
It is a paste that can be barely stirred.Example 43 High strength molar composite material   Various amounts of microparticles and submicron silica particles combined with the resin of Example 42
Up to 90% by weight (based on the combined weight of the filler after silane treatment)
An RBC composite containing the filler was produced. Table 4 shows the composite materials obtained.
Along with its compressive strength, diametral tensile strength and visual opacity.
The volume percentages and weight percentages of Rica particles, microparticles, total filler and resin are listed
. Composite materials containing 90% by weight of filler [(41mTwo/G)(0.18/0.9)+(5mTwo/ G) (0.72 / 0.9)
] (0.9) = 11.2mTwo/ G Had a net surface area of   These composites exhibited outstanding strength values and excellent handling properties. 90 fillers
The composites containing% by weight are available for further clinical research in Bost, Massachusetts.
Sent to the Holcis Dental CenterMucacca Fasicularis Monkey Large
Piled on the molars. After 6 months, the composite showed no visually detectable wear.
The composite had a very desirable consistency in its uncured state. It is ready
Can be packed without excessive sticking and rebound into a damaged tooth, directing its clinical research
In the opinion of a consulting physician, he was more likely than any plastic composite material he had ever encountered.
At last like amalgam. " Dentists use amalgam for molars
Amalgam-like consistency is particularly desirable due to extensive training and experience in teething.
No.   Various modifications will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the invention. The present invention
Is not unnecessarily limited to the exemplary embodiments described herein.

【図面の簡単な説明】 図面はSiO2:ZrO2ミクロ粒子(実施例1で製造されたもの)の300,
000倍の透過電子顕微鏡写真である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows 300, SiO 2 : ZrO 2 microparticles (produced in Example 1).
It is a transmission electron microscope photograph of 000 times.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)(a)口腔内での使用に適する重合性樹脂と、 (b)非ガラス質ミクロ粒子との混合物を含んでなるX線不透過性歯科用複合
材料であって、 前記非ガラス質ミクロ粒子は、 (i)珪素酸化物からなる複数の非晶質微小領域と、 (ii)X線不透過多結晶質セラミック金属酸化物から成る複数の結晶質微小領
域とを含んで成り、 前記非晶質微小領域は、前記結晶質微小領域によって実質的に均一に点在せし
められ、 前記ミクロ粒子は、0.4μmより大きい直径を有する結晶質微小領域または
ボイドを含まないことを特徴とするX線不透過性歯科用複合材料。 (2) ミクロ粒子の80重量%配合をもって歯科用複合材料が製造されている場
合に、歯科用複合材料が1.4以下のX線不透過度と0.4未満の視覚不透明度
を示す特許請求の範囲第1項に記載の歯科用複合材料。 (3) さらにサブミクロンシリカ粒子を包含し、歯科用複合材料の総フィラーが
5−22m2/gの正味表面積を有する特許請求の範囲第1項に記載の歯科用複
合材料。 (4) 非ガラス質ミクロ粒子が50μm未満の直径を有する特許請求の範囲第1
項に記載の歯科用複合材料。 (5) セラミック金属酸化物がHfO2、La23、SrO、ZrO2およびそれ
らの混合物からなる群から選択される特許請求の範囲第4項に記載の歯科用複合
材料。 (6) 珪素酸化物がシリカからなり、セラミック金属酸化物が正方晶ジルコニア
からなり、ミクロ粒子が1.60未満の屈折率を有し、 シリカ:正方晶ジルコニアのモル比が2:1−9:1である特許請求の範囲第 4項に記載の歯科用複合材料。 (7)(イ)珪素酸化物からなる複数の非晶質微小領域と、 (ロ)X線不透過多結晶質セラミック金属酸化物から成る複数の結晶質微小領
域とを含んで成り、 前記非晶質微小領域は、前記結晶質微小領域によって実質的に均一に点在せし
められているミクロ粒子を含むX線不透過性歯科用複合材料の製造方法であって
、 (a)非晶質シリカの水性もしくは有機の分散物またはゾルを0.4μm未満
の孔径を有する微細フィルターで濾過し、 (b)X繰不透過セラミック金属酸化物またはX線不透過セラミック金属酸化
物に焼成可能な有機もしくは無機化合物前駆体の水性もしくは有機分散分、ゾル
または溶液を0.4μm未満の孔径を有する微細フィルターで濾過し、 (c)(a)と(b)の濾過物を一緒にしてゲル化し、 (d)ゲル化した物質を、水もしくは溶剤を除去するのに十分な温度および圧
力で沸騰させることなく加熱して未焼成状態の粉末を得て、 (e)粒子の大きさを小さくするためにこの未焼成状態の粉末を粉砕し、 (f)粉砕した粉末を直径0.4μm以上である結晶質微小領域の成長もしく
は形成を防ぎながら、セラミック金属酸化物またはセラミック金属酸化物前駆体
を多結晶質セラミック金属酸化物に転化するために焼成し、 (g)得られた焼成した粉末をミクロ粒子を形成するために粉砕し、 (h)湿潤性を向上させるためにミクロ粒子をシラン処理し、および (i)得られたシラン処理ミクロ粒子と歯科用複合材料を形成するための口腔
内での使用に適する重合性樹脂とを混合することを含んでなることを特徴とする
X線不透過性歯科用複合材料の製造方法。
Claims: A radiopaque dental composite material comprising a mixture of (1) (a) a polymerizable resin suitable for use in the oral cavity, and (b) non-vitreous microparticles. The non-vitreous microparticles comprise: (i) a plurality of amorphous fine regions made of silicon oxide; and (ii) a plurality of crystalline fine regions made of X-ray opaque polycrystalline ceramic metal oxide. Wherein the amorphous microregions are substantially uniformly interspersed by the crystalline microregions, and wherein the microparticles comprise crystalline microregions or voids having a diameter greater than 0.4 μm. A radiopaque dental composite material characterized by the absence of a radiopaque material. (2) A patent in which a dental composite material has an X-ray opacity of 1.4 or less and a visual opacity of less than 0.4 when the dental composite material is manufactured with a blending of 80% by weight of microparticles. The dental composite material according to claim 1. (3) further includes a submicron silica particles, a dental composite material according to paragraph 1 the claims total filler dental composite material has a net surface area of 5-22m 2 / g. (4) Claim 1 wherein the non-vitreous microparticles have a diameter of less than 50 µm.
14. The dental composite material according to the above item. (5) a ceramic metal oxide dental composite material according to item 4 claims selected from the group consisting of HfO 2, La 2 O 3, SrO, ZrO 2 and mixtures thereof. (6) The silicon oxide comprises silica, the ceramic metal oxide comprises tetragonal zirconia, the microparticles have a refractive index of less than 1.60, and the molar ratio of silica: tetragonal zirconia is 2: 1-9 The dental composite material according to claim 4, wherein the ratio is 1: 1. (7) (a) a plurality of amorphous fine regions made of silicon oxide, and (b) a plurality of crystalline fine regions made of X-ray opaque polycrystalline ceramic metal oxide. The method for producing a radiopaque dental composite material comprising microparticles substantially uniformly interspersed by the crystalline microregions, the method comprising: (B) filtering an aqueous or organic dispersion or sol of (a) with a fine filter having a pore size of less than 0.4 μm; Filtering the aqueous or organic dispersion, sol or solution of the inorganic compound precursor through a fine filter having a pore size of less than 0.4 μm, and (c) gelling the filtrates of (a) and (b) together; d) Gelled material The material is heated without boiling at a temperature and pressure sufficient to remove water or solvent to obtain an unfired powder, and (e) the unfired powder to reduce particle size. Pulverizing the powder; and (f) converting the ceramic metal oxide or the ceramic metal oxide precursor into a polycrystalline ceramic metal oxide while preventing the pulverized powder from growing or forming a crystalline microregion having a diameter of 0.4 μm or more. (G) milling the resulting fired powder to form microparticles; (h) silane treating the microparticles to improve wettability; and (i) Mixing the treated silane-treated microparticles with a polymerizable resin suitable for use in the oral cavity to form a dental composite. Made Construction method.

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