JP2565627B2 - 表面処理フィラー - Google Patents

表面処理フィラー

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バポライズド・メタル
・コンバーション(Vaporized Metal Combustion)法に
より合成された合成石英真球フィラー(充填材)へのシ
ランカップリング剤の付着量およびそのうちの化学結合
量を反応制御することにより優れた表面処理効果を有す
る表面処理フィラーに関する。
【0002】
【従来の技術】現在、歯牙欠損部の修復治療のために重
合性単量体に無機フィラーを配合したコンポジットレジ
ンが広く使用されている。 無機フィラーとしては一般に
シリカが用いられている。 そのシリカ表面は、コンポジ
ットレジンの機械的強度や耐加水分解性等の向上を目的
としてシランカップリング剤による表面処理が施されて
いる。 従来、一般に使用されているシランカップリング
剤としてγ-メタクリロイルオキシプロピルトリメトキ
シシラン(以下、γ-MPSと称す。)があり(カップリン
グ剤最適利用技術 化学技術総合研究所発行)、その最
適処理必要量は物性値より経験的に決定されるか、シリ
カの比表面積とシランカップリング剤の最小被覆面積と
の関係により決定されている。しかし、この場合にはシ
リカの表面状態およびシリカ表面でのシランカップリン
グ剤の結合状態が全く考慮されていない。 異なる表面状
態のシリカをシランカップリング剤の量だけを一致させ
て処理した場合や、適切でない条件で処理を行った場
合、良好な表面処理効果は得られない。 さらにこのよう
な不適切な表面処理シリカを含有したコンポジットレジ
ンには優れた機械的物性や耐加水分解性は期待できな
い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は前記問題点を解決した優れた表面処理効果を有する表
面処理フィラーを提供することである。 また、その表面
処理フィラーを得る処理方法である。さらにはその表面
処理フィラーを含有した優れた機械的物性、耐加水分解
性を有するコンポジットレジンを提供することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは優れた機械
的物性、耐加水分解性を有するコンポジットレジンにつ
いて鋭意研究を重ねた結果、特定の表面シラノール密度
を有するバポライズド・メタル・コンバーション(Vapo
rized Metal Combustion)法(以下、V.M.C.法と称
す)により合成された合成石英真球フィラーのシラノー
ル基とシランカップリング剤の共有結合量の比、シラン
カップリング剤の付着量と共有結合量の比を反応制御す
ることにより優れた表面処理効果を有する表面処理フィ
ラーを得ることに成功した。 そして該表面処理フィラー
を使用した歯科用コンポジットレジンが優れた機械的物
性、耐加水分解性を有することを見いだし本発明を完成
するに至った。
【0005】すなわち本発明は表面シラノール基を2.
0〜6.0個/nm2の密度で有するV.M.C.法により合成
された合成石英真球フィラーに、下記の一般式化I(式
中R1は水素原子またはメチル基、R2は炭素数が1〜6
の炭化水素基、Xは加水分解基、mは1〜3の整数、n
は3〜10の整数を示す。)で表されるシランカップリ
ング剤を下記式数Iかつ数IIが成り立つように処理され
ていることを特徴とする表面処理フィラー。
【0006】
【化2】
【0007】
【数3】
【0008】
【数4】
【0009】また本発明は、表面シラノール基を2.0
〜6.0個/nm2の密度で有するバポライズド・メタル・
コンバーション(Vaporized Metal Combustion)法(以
下、V.M.C.法とする)により合成された合成石英真
球フィラーに、上記の一般式化I(式中R1は水素原子ま
たはメチル基、R2は炭素数が1〜6の炭化水素基、X
は加水分解基、mは1〜3の整数、nは3〜10の整数
を示す。)で表されるシランカップリング剤を上記式数
Iかつ数IIが成り立つように処理することを特徴とする
フィラーの表面処理方法である。
【0010】さらに本発明は上述の表面処理フィラーを
含有する歯科用コンポジットレジンである。
【0011】本発明に使用する合成石英真球フィラーは
金属珪素粉末を原料とする気相反応であるV.M.C.法
によって合成されたものである。また表面にシラノール
基が1nm2当たり2.0〜6.0個存在しているものが好
ましい。1nm2当たりのシラノール基の個数は滴定によ
り求めたフィラー表面のシラノール基数とブラナバー,
エンメ(Brunaver,Emmett)及びテーラー(Teller)の
方程式(以下、BET方程式と称す)により測定した表
面積とから計算される。シラノール基が1nm2当たり2.
0個より少ないとシランカップリング剤による表面処理
効果が十分発揮できず、6.0個より多いと処理に必要
とするシランカップリング剤の量が多くなり樹脂と混合
したときの機械的強度・耐加水分解性が低下してしま
う。また歯科用コンポジットレジンとして使用するには
フィラーの粒径は0.01〜2μmのものが好ましく、粒
径が2μm以上のものでは審美性が悪くなり、0.01μ
m以下のものではペーストの粘度が著しく上昇してしま
うため好ましくない。
【0012】このフィラーの表面処理に使用されるシラ
ンカップリング剤は一般式に示される構造を持つここで
加水分解基Xとしては塩素原子、アルコキシ基、イソシ
アナート基等が挙げられる。具体的な例としては3−メ
タクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−
アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−
メタクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラ
ン、3−メタクリロイルオキシプロピルトリイソシアネ
ートシラン、3−(2−メタクリロイルオキシエトキ
シ)トリメトキシシラン、10−メタクリロイルオキシ
デシルトリメトキシシランなどが使用される。
【0013】フィラーをシランカップリング剤で処理す
る方法としては公知のものが使用できる。例えば適当な
溶媒中でフィラーとシランカップリング剤を分散させた
後溶媒を除去する方法、フィラーを激しく撹拌しながら
カップリング剤をスプレーする方法などが挙げられる。
【0014】本発明の特徴は上記式数Iかつ数IIが成り
立つように処理することにある。フィラー表面に「付着
している」シランカップリング剤数とはフィラーと共有
結合、水素結合、ファンデルワールス力で結合等してい
るものの総計である。表面に「共有結合している」シラ
ンカップリング剤数とは「付着している」シランカップ
リング剤のうち溶媒などでの洗浄によってもフィラーと
の結合が切断しない数である。表面シラノール基数と共
有結合しているシランカップリング剤数の比が0.4以
下であったり、フィラー表面に付着しているシランカッ
プリング剤数と共有結合しているシランカップリング剤
数の比が0.2以下では耐加水分解性が低下してしま
う。
【0015】ここで表面に付着しているカップリング剤
の数は表面処理フィラーの元素分析を行い、求められた
炭素分率、カップリング剤の炭素分率、フィラーの表面
積から計算される。さらにフィラーに化学結合している
カップリング剤の数は表面処理フィラーをカップリング
剤が溶解する溶媒で洗浄し、その後元素分析を行うこと
により求められる。このような溶媒としてはテトラヒド
ロフラン(以下、THFと称す)、クロロホルム、アセ
トンなどがあり、好ましくはTHFが用いられる。更に
化学結合しているカップリング剤数は、フィラーを洗浄
した溶媒中のカップリング剤量を液体クロマトグラフィ
ーにより求め付着している量から差し引くことによって
も求められる。
【0016】また本発明の表面処理フィラーは分散性が
良好で樹脂や重合性単量体中に均一に混合することが容
易である。さらにフィラーを配合したコンポジットマテ
リアルの機械的物性、耐加水分解性を向上することがで
きる。この用途の一つとして歯科用コンポジットがあ
る。ここで歯科用コンポジットレジンとは窩洞修復用材
料だけでなく歯冠用材料、人工歯等を含んだものであ
る。現在使用されている歯科用コンポジットレジンは重
合性単量体としてはビスフェノールA−グルシジルメタ
クリレート付加物(Bis−GMA)、2,2−ビス
(4−(メタクリロキシエトキシ)フェニル)プロパ
ン、2,2−ビス(4−(メタクリロキシジエトキシ)
フェニル)プロパン、エチレングリコールジメタクリレ
ート、トリエチレングリコールジメタクリレート、ウレ
タンジメタクリレート(UDMA)などが使用される。
【0017】また本発明の歯科用コンポジットレジンに
は重合開始剤が使用されるがこれには一般に歯科用とし
て使用されている公知のものが使用できる(例えば過酸
化ベンゾイルと第三級アミン、カンファーキノンと第三
級アミン)。また必要に応じその他の添加物を加える事
もできる。これらの添加物としてはラジカル重合禁止
剤、着色用顔料、紫外線吸収剤などがある。
【0018】
【実施例】次に、実施例を示し本発明をさらに詳細に説
明するが、本発明は何らこれに限定されるものではな
い。
【0019】(1)フィラーの比表面積(m2/g)の測定 ソープトマチック1900型(カルロ・エルバ社製)に
より測定した。測定の原理はBET法である。
【0020】(2)フィラーの表面シラノール基の数
(個/nm2)の測定 フィラー1.00g(Wg)と0.05NのNaOH水溶液
40mlを50mlのサンプル管瓶に入れ、密閉状態におい
て室温で15時間撹拌懸濁した。その後フィラーと溶液
を遠心分離法で完全に分離させ、得られた溶液から10
mlを採り、0.05NのHCl水溶液で中和滴定を行っ
た。その中和に必要であったHCl水溶液をAmlとす
る。また0.05NのNaOH水溶液40mlのみサンプ
ル管瓶に入れ、同様の操作を行い、その中和に必要であ
ったHCl水溶液をBmlとする。フィラー表面の1nm2
に存在する表面シラノール基の数(個/nm2)は下記式
数IIIにより算出した。但し、フィラーの比表面積はa
m2/gである。
【0021】
【数5】
【0022】(3)表面処理フィラーの表面に付着して
いるカップリング剤の数の測定 表面処理フィラーについて元素分析を行い、その炭素分
率(Csf)、シランカップリング剤の炭素分率(Csc)、
フィラーの比表面積(a m2/g)、シランカップリング
剤分子量(W)よりフィラー表面の1nm2に付着している
シランカップリング剤の数(個/nm2)を下記式数IVに
より算出した。
【0023】
【数6】
【0024】表面処理フィラーをテトラヒドロフランで
十分に洗浄し、フィラー表面に水素結合などの物理的結
合で吸着しているシランカップリング剤を完全に除去す
る。真空乾燥後、前記と同様にして元素分析を行い、フ
ィラー表面の1nm2に共有結合しているシランカップリ
ング剤の数(個/nm2)を同様に算出した。
【0025】(4)コンポジットレジンペーストの調製
方法およびコンポジットレジンの硬化方法 メタクリレート系単量体、光増感剤としてカンファーキ
ノン(CQと称す)、および還元剤としてN,N−ジメ
チルアミノエチルメタクリレート(DMAEMAと称
す)1.0wt%を超音波照射により溶解させ調製した
可視光線重合性単量体組成物と表面処理シリカフィラー
を十分に混練した後、真空脱泡してペースト状重合性組
成物を調製した。このペースト状重合性組成物を脱泡し
た後、ガラス管中に固定した内径3mmの中空チューブ中
にペースト状重合性組成物を注入し、それを5分間光照
射し重合硬化させ、チューブから硬化物を取り出すこと
により硬化物を作製した。
【0026】(5)曲げ強さの測定 上記(3)の方法で作成した断面の直径3mm、長さ30
mmの硬化物を試験片とし、支点間距離20mm、クロスヘ
ッド速度2mm/minで3点曲げ試験を、オートグラフAG
S−100(島津製作所社製)を測定装置に用いて行っ
た。
【0027】(6)コンポジットレジンの煮沸劣化加速
試験方法 沸騰水中に上記(4)の曲げ試験片を24時間浸漬した
後、37℃水中に24時間保存したものについて、上記
(5)と同様な試験を行った。
【0028】(実施例1)平均粒径0.5μm、比表面積
12.3m2/g、表面シラノール基密度4.0個/nm2の合成
石英真球フィラーSO25R(株式会社龍森製)20g
と表面シラノール基数の1.3倍量のγ-メタクリロイル
オキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業株式
会社製 KBM503、以下γ-MPSと称す。)をエタノ
ール水溶液(エタノール/H2O=70/30 vol%)2
0mlに添加して乳鉢で混合した。 室温において溶媒が完
全に揮発するまで乳棒で撹拌した。その後、恒温槽にて
37℃で24時間保持し、100℃で1時間加熱処理を
行い表面処理フィラーを調製した。 元素分析により、そ
の表面処理フィラーの表面1nm2に付着しているγ-MPS
の数(個/nm2)を、また水素結合などの物理的結合で吸着
しているγ-MPSをテトラヒドロフランで洗浄することに
より除去し、フィラー表面の1nm2にシロキサン結合な
どの化学結合で結合しているγ-MPSの数(個/nm2)を算
出した。 その結果を下記表1に示す。
【0029】(実施例2)実施例1でのγ-MPS添加量を
表面シラノール基数の2.5倍量で混合する以外は実施
例1と同様に行った。その結果を下記表1に示す。
【0030】(比較例1)実施例1でのγ-MPS添加量を
表面シラノール基数の0.2倍量で混合する以外は実施
例1と同様に行った。その結果を下記表1に示す。
【0031】(実施例3)実施例1で使用したSO25
R 20gと表面シラノール基数の1.5倍量のγ-メタ
クリロイルオキシプリピルシリルトリイソシアネート
(松本製薬工業株式会社製 オルガチックスSI86
0、以下γ-MPSIと称す。)とヘキサン60mlを乳鉢に
混合した。室温において溶媒が完全に揮発するまで乳棒
で撹拌した。その後、恒温槽にて37℃で24時間保持
して表面処理フィラーを調製した。それ以外は実施例1
と同様に行った。その結果を下記表1に示す。
【0032】(実施例4)実施例3でのγ-MPSI添加量
を表面シラノール基数の3.0倍量で混合する以外は実
施例1と同様に行った。その結果を下記表1に示す。
【0033】
【表1】
【0034】(実施例5〜8)ジ(メタクリロイルオキ
シエチル)トリメチルヘキサメチレンジウレタン(新中村
化学株式会社製 UDMAと称する)、トリエチレング
リコールジメタクリレート(新中村化学株式会社製 以
下3Gと称す)の混合重合性単量体(UDMA/3G=
70/30wt%)にCQおよびDMAEMAをそれぞれ
1.0wt%加え、可視光線重合性単量体組成物を調製し
た。この調製した単量体組成物に、実施例1〜4で調製
した表面処理フィラーを80wt%配合し、十分に混合練
和することにより均一なペースト状重合性組成物を調製
した。硬化物の曲げ強さおよび煮沸劣化加速試験後の曲
げ強さを測定した。その結果を下記表2に示す。 (比較例2)比較例1で調製した表面処理フィラーを使
用する以外は実施例4と同様の方法により、硬化物の曲
げ強さおよび煮沸劣化加速試験後の曲げ強さを測定し
た。その結果を下記表2に示す。
【0035】
【表2】
【0036】
【発明の効果】以上のように、本発明の表面処理フィラ
ーを含有したコンポジットレジンは、優れた機械的強
度、耐加水分解性を有し、歯科用コンポジットレジンと
して極めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−18453(JP,A) 特開 平3−70778(JP,A) 特開 昭63−39967(JP,A) 特開 平6−87719(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面シラノール基を2.0〜6.0個/nm2
    の密度で有するバポライズド・メタル・コンバーション
    (Vaporized Metal Combustion)法により合成された合
    成石英真球フィラーを、下記の一般式化I(式中R1は水
    素原子またはメチル基、R2は炭素数が1〜6の炭化水
    素基、Xは加水分解基、mは1〜3の整数、nは3〜1
    0の整数を示す。)で表されるシランカップリング剤が
    下記式数Iかつ数IIが成り立つように処理されているこ
    とを特徴とする表面処理フィラー。 【化1】 【数1】 【数2】
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