JP4430397B2 - カチオン重合性樹脂のための三元光開始剤システム - Google Patents

カチオン重合性樹脂のための三元光開始剤システム Download PDF

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Description

一般的に本発明は、カチオン重合性樹脂のための三元光開始剤システムに関する。さらに詳しくは本発明は、カチオン重合性樹脂と、化学線照射に暴露することによって活性化される三元光開始剤システムとを含む光重合性組成物に関する。本発明はさらに、その光開始剤システムを使用して、そのような組成物を重合させる方法に関する。
エポキシ含有化合物を各種のカチオン性重合開始剤システムを使用して硬化させることが可能であることは知られている。スミス(Smith)による(特許文献1)には、エポキシド、ヒドロキシル官能性を有する有機化合物、および感光性のハロゲン含有錯イオンの芳香族スルホニウムまたはヨードニウム塩、を含む光重合性組成物についての記載がある。ハヤセ(Hayase)らによる(特許文献2)には、エポキシ樹脂と光硬化触媒としてのヘテロポリ酸芳香族スルホニウム塩とを含む光重合性エポキシ樹脂組成物が記載されている。ネッカース(Neckers)らによる(特許文献3)には、カチオン重合性化合物、キサンテンまたはフルオロン染料、水素供与体、およびオニウム塩を含む光硬化性組成物の記載がある。パラゾット(Palazzotto)らによる(特許文献4)には、フリーラジカル重合性物質の付加重合についての記載がある。開示された光開始剤システムには、アリールヨードニウム塩、増感剤、およびp−ジメトキシベンゼンに等しいかそれより低い酸化電位を有する電子供与体が含まれている。
オックスマン(Oxman)らによる(特許文献5)および(特許文献6)には、エポキシ樹脂を硬化させるための三元光開始剤システムが記載されている。オックスマン(Oxman)らによる(特許文献7)および(特許文献8)には、エポキシ/ポリオール樹脂を硬化させるための三元光開始剤システムが記載されている。エポキシ樹脂およびエポキシ/ポリオール樹脂のいずれに対しても、その三元光開始剤システムにはヨードニウム塩、可視光線増感剤および電子供与体が含まれていて、その光開始剤システムは、2−ブタノン中に2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウムおよび1.5×10-5モル/gのカンファーキノンを含む標準溶液中の3−ジメチルアミノ安息香酸に等しいかそれより高い光誘起電位を有している。
ウェインマン(Weinmann)らによる(特許文献9)には、カチオン硬化性の組成物が記載されていて、ジアリールヨードニウム化合物、アルファ−ジカルボニル化合物、エポキシドおよび/またはオキセタン基を含む化合物、および芳香族アミンが含まれている。
米国特許第4,256,828号明細書 米国特許第4,835,193号明細書 国際公開第95/14716号パンフレット 米国特許第5,545,676号明細書 米国特許第6,025,406号明細書 米国特許第6,043,295号明細書 米国特許第5,998,495号明細書 米国特許第6,187,833号明細書 米国特許第6,084,004号明細書 米国特許第3,117,099号明細書 米国特許第6,245,828号明細書 国際公開第01/51540号パンフレット 欧州特許公開第0 412 430号明細書 特公昭51−33541号公報 米国特許第3,018,262号明細書 米国特許第4,652,274号明細書 米国特許第4,642,126号明細書 米国特許第3,729,313号明細書 米国特許第3,741,769号明細書 米国特許第3,808,006号明細書 米国特許第4,250,053号明細書 米国特許第4,394,403号明細書 EP−A2−0 189 540号 EP−B−0 238 025号 米国特許第6,306,926B1号明細書 米国特許第4,695,251号明細書 米国特許第4,503,169号明細書 リーおよびネビル(Lee and Neville)「ハンドブック・オブ・エポキシ・レジンズ(Handbook of Epoxy Resins)」、ニューヨーク(New York)、マグローヒル・ブック・カンパニー(McGraw−Hill Book Co.)、1967年 ベリンガー(Beringer)ら、J.Am.Chem.Soc.、1959年、第81巻、p.342 N.L.ブァインブルグバーグ(Weinburg)編「テクニック・オブ・エレクロトオーガニック・シンセシス・パートII・テクニックス・オブ・ケミストリー(Technique of Electroorganic Synthesis Part II Techniques of Chemistry)」第5巻、1975年 C.K.マン(Mann)およびK.K.バーンズ(Barnes)「エレクトロケミカル・リアクションズ・イン・ノンアクエアス・システムズ(Electrochemical Reactions in Nonaqueous Systems)」1970年
簡潔に表せば、そして1つの態様において本発明は、カチオン重合性樹脂のための光開始剤システムを提供する。この光開始剤システムには、ヨードニウム塩、可視光線増感剤、および飽和カロメル電極を基準に測定したときに0よりは高く1,4−ジメトキシベンゼンのそれよりは低い酸化電位を有する電子供与体化合物、が含まれる。この光開始剤システムは、2−ブタノン中に2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウムおよび1.5×10-5モル/gのカンファーキノンを含む標準溶液中の3−ジメチルアミノ安息香酸よりは低い光誘起電位を有している。
また別の態様において本発明は、カチオン重合性樹脂および上述のような光開始剤システムを含む光重合性組成物を提供する。場合によっては、その光重合性組成物にはフリーラジカル重合性樹脂および/またはヒドロキシル含有物質がさらに含まれていてもよい。
このカチオン重合性樹脂は、エポキシ、オキセタン、ビニルエーテルおよびスピロ−オルトカーボネート樹脂、およびそれらの組合せから選択することができる。このカチオン重合性樹脂には、エポキシ樹脂、特にケイ素含有エポキシ樹脂、またはケイ素含有エポキシ樹脂とケイ素を含まないエポキシ樹脂とのブレンド物を含むのが好ましい。
ヨードニウム塩としてはジアリールヨードニウム塩がよいが、そのようなものとしてはヘキサフルオロリン酸ジアリールヨードニウム、ヘキサフルオロアンチモン酸ジアリールヨードニウム、ヘキサフルオロアンチモン酸4−オクチルオキシフェニルフェニルヨードニウム、ヘキサフルオロアンチモン酸4−(2−ヒドロキシテトラディレクオキシフェニル)フェニルヨードニウム、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸4−(1−メチルエチル)フェニル4−メチルフェニルヨードニウム、およびそれらの組合せなどがある。
可視光線増感剤は、ケトン、クマリン染料、キサンテン染料、フルオロン染料、フルオレセイン染料、アミノケトン染料、p−置換したアミノスチリルケトン化合物、およびそれらの組合せから選択することができる。可視光線増感剤がアルファ−ジケトンであればより好ましく、特にカンファーキノンが好ましい。
本発明において使用する電子供与体化合物は、以下の性質の1つまたは複数(より好ましくは、全部ではないとしても、そのいくつか)を有しているのが好ましい:(a)重合性組成物に可溶であること;(b)組成物を光重合させるのに使用される光の波長、典型的には可視光線増感剤が極大吸収を示す典型的な波長において、顕著な光吸収を持たないこと、すなわち言い換えれば、その電子供与体化合物が可視光線増感剤の性能に悪影響を及ぼさないこと;(c)飽和カロメル電極を基準に測定したときに、その酸化電位(Eox)が0より高いが、1,4−ジメトキシベンゼンよりは低いこと(より好ましくは酸化電位が約1.35ボルト未満、最も好ましくは酸化電位が約0.5〜1.34ボルトの間);(d)2−ブタノン中に2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウムおよび1.5×10-5モル/gのカンファーキノンを含む標準溶液中の3−ジメチルアミノ安息香酸よりは低い光誘起電位を有するような光開始剤システムを与えること;(e)pkbが8より大であること;(f)重合させた樹脂に最小限を超える好ましくない着色を与えないこと;(g)重合させた樹脂に最小限を超える好ましくない蛍光を与えないこと;(h)最小限を超える重合禁止作用を有さないこと;(i)光重合性組成物の保存安定性を改良すること;(j)他の重合助剤よりも低い有効濃度で使用可能なこと;および(k)同一組成ではあるがその電子供与体化合物を含まない重合性組成物よりは、その重合速度を上げ得ること(たとえば、そのような電子供与体化合物を含む重合性組成物が、その可視光線増感剤が感度が高い波長の光を発生する光源に約2分未満暴露させることで硬化可能であること)。
好適な電子供与体化合物は、多環式芳香族化合物(たとえば、ビフェニレン、ナフタレン、アントラセン、ベンズアントラセン、ピレン、アズレン、ペンタセン、デカシクレンおよび誘導体(たとえば、アセナフテン)およびそれらの組合せ)、およびN−アルキルカルバゾール化合物(たとえば、N−メチルカルバゾール)である。
本発明による光重合性組成物は、幅広い用途があり、たとえば、光重合性接着剤、硬化性インキ画像形成層、シルバーレス画像形成層(silverless imaging layer)、プロジェクションプレート(projection plate)上での画像形成層、レーザープレート(laser plate)上での画像形成層、光学レンズのハードコート層、光ファイバーのコーティングなどが挙げられる。本発明の光重合性組成物は、たとえば歯科用接着剤および歯科用コンポジットのような歯科用材料として特に有用である。
また別の態様においては、本発明はカチオン重合性樹脂を重合させるのに必要な時間を削減するための方法を提供する。この方法は:
a)カチオン重合性樹脂を提供する工程と;
b)先に述べたような、前記カチオン重合性樹脂のための光開始剤システムを提供する工程と;
c)前記カチオン重合性樹脂と前記光開始剤システムを組み合わせて重合性混合物を得る工程と;
d)前記重合性混合物を、前記光開始剤システムに反応性を与えるような波長と強度を有する光源に、重合性混合物が硬度のあるタックフリーな状態になるまでの時間暴露させる工程であって;
ここで、前記重合性混合物が硬度のあるタックフリーな状態になるまでの時間が、同一の重合性混合物であるが前記電子供与体化合物を含まないものを同じ光源に暴露させたときに同じような硬度のあるタックフリーな状態に達するのに必要な時間よりも短い、工程と
を含む。
幅広く表せば、本発明の1つの態様において、カチオン重合性樹脂と、ヨードニウム塩、可視光線増感剤および電子供与体化合物を含む光開始剤システムとを含む、光重合性組成物を提供するが、ここで、前記電子供与体化合物は、飽和カロメル電極(SCE)を基準に測定したときに、0よりは高く1,4−ジメトキシベンゼンのそれよりは低い酸化電位を有しており、さらにこの光開始剤システムは、2−ブタノン中に2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウムおよび1.5×10-5モル/gのカンファーキノンを含む標準溶液中の3−ジメチルアミノ安息香酸よりは低い光誘起電位を有している。
有利なことには、本発明の光重合性組成物は「可視光線」の領域全体で高感度であって、ほとんど熱を加えなくても重合する。本明細書を通して、「可視光線」という用語は、約400〜1000ナノメートル(nm)の波長を有する光を意味する。この組成物の光重合は、このスペクトル領域の範囲内の波長を有する化学線照射源にこの組成物を暴露させることによって起きる。
本発明の組成物において有用なカチオン重合性樹脂としては、たとえばエポキシ(ケイ素含有エポキシを含む)、オキセタン、スピロ−オルトカーボネート、および、ビニルエーテル樹脂、さらにはそれらの組合せなどを挙げることができる。
有用なエポキシ樹脂は、オキシラン環、すなわち次式の基を有する有機化合物であって
Figure 0004430397

このものは、開環することによって重合可能である。このような物質は広くエポキシドと呼ばれていて、モノマー性のエポキシ化合物とポリマー性のタイプのエポキシドがあり、脂肪族、シクロ脂肪族、芳香族またはヘテロサイクリックなどであってよい。これらの物質は一般に、平均して1分子あたり少なくとも1個の重合性エポキシ基、好ましくは少なくとも約1.5、より好ましくは1分子あたり少なくとも約2個の重合性エポキシ基を含む。ポリマー性のエポキシドとしては、末端エポキシ基を有する直鎖状のポリマー(たとえば、ポリオキシアルキレングリコールのジグリシジルエーテル)、骨格にオキシラン単位を有するポリマー(たとえば、ポリブタジエンポリエポキシド)、およびペンダントしたエポキシ基を有するポリマー(たとえば、グリシジルメタクリレートのポリマーまたはコポリマー)などが挙げられる。エポキシドは純粋な化合物であってもよいし、あるいは1分子あたりに1個、2個、またはそれ以上のエポキシ基を含む化合物の混合物であってもよい。1分子あたりの「平均」のエポキシ基数は、エポキシ樹脂中のエポキシ基総数を存在しているエポキシ含有分子の総数で割り算することによって求める。
これらのエポキシ樹脂には、分子量の低いモノマー性の物質から高分子量ポリマーまでを含み、またその主鎖および置換基の性質も幅広く異なっていてもよい。たとえば、その主鎖はどのようなタイプのものでもよく、その上の置換基は、室温におけるカチオン重合を実質的に妨害しないものであればどのような基であってもよい。許容される置換基の例を説明的に挙げれば、ハロゲン、エステル基、エーテル、スルホネート基、シロキサン基、ニトロ基、ホスフェート基などである。エポキシ樹脂の分子量の範囲は、約58から約100,000以上までと広い。
特に好ましいエポキシ樹脂を挙げれば、シクロヘキセンオキシド基を含むもの、たとえばエポキシシクロヘキサンカルボキシレート、典型的なものとしては3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシ−2−メチルシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−2−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、およびビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペートなどがある。このタイプのエポキシドのさらに詳しいリストは、以下の文献を参照されたい。(特許文献10)および(特許文献11)、(特許文献12)、(特許文献13)、および(特許文献14)。本発明の組成物において有用なその他のエポキシ樹脂としては、次式のグリシジルエーテルモノマーがあり、
Figure 0004430397

ここでR’はアルキルまたはアリールで、nは1〜6の整数である。例を挙げれば、多価フェノールを過剰のクロロヒドリンたとえばエピクロロヒドリンと反応させることによって得られる多価フェノールのグリシジルエーテルである(たとえば、2,2−ビス−(2,3−エポキシプロポキシフェノール)プロパンのジグリシジルエーテル)。このタイプのエポキシドのさらに詳しい例は、(特許文献15)、および(非特許文献1)に記載がある。
市販されているおびただしい数のエポキシ樹脂が、本発明において使用可能である。具体的には、容易に入手することが可能なエポキシドの例を挙げれば以下のようなものがある。たとえばオクタデシレンオキシド、エピクロロヒドリン、スチレンオキシド、ビニルシクロヘキセンオキシド、グリシドール、グリシジルメタクリレート、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル(たとえば、以下の商品名で入手可能、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からの「エポン(Epon)828」、「エポン(Epon)825」、「エポン(Epon)1004」および「エポン(Epon)1010」、ダウ・ケミカル・カンパニー(Dow Chemical Co.)からの「DER−331」、「DER−332」および「DER−334」)、ビニルシクロヘキセンジオキシド(たとえば、ユニオン・カーバイド・コーポレーション(Union Carbide Corp.)からの「ERL−4206」)、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキセンカルボキシレート(たとえば、ユニオン・カーバイド・コーポレーション(Union Carbide Corp.)からの「ERL−4221」または「サイラキュア(CYRACURE)UVR6110」または「UVR6105」)、3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシ−6−メチル−シクロヘキセンカルボキシレート(たとえば、ユニオン・カーバイド・コーポレーション(Union Carbide Corp.)からの「ERL−4201」)、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート(たとえば、ユニオン・カーバイド・コーポレーション(Union Carbide Corp.)からの「ERL−4289」)、ビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテル(たとえば、ユニオン・カーバイド・コーポレーション(Union Carbide Corp.)からの「ERL−0400」)、ポリプロピレングリコールから変性した脂肪族エポキシ(たとえば、ユニオン・カーバイド・コーポレーション(Union Carbide Corp.)からの「ERL−4050」および「ERL−4052」)、ジペンテンジオキシド(たとえば、ユニオン・カーバイド・コーポレーション(Union Carbide Corp.)からの「ERL−4269」)、エポキシ化ポリブタジエン(たとえば、FMC・コーポレーション(FMC Corp.)からの「オキシロン(Oxiron)2001」)、エポキシ官能性含有シリコーン樹脂、難燃性エポキシ樹脂(たとえば、ダウ・ケミカル・カンパニー(Dow Chemical Co.)から入手可能な「DER−580」、臭素化ビスフェノールタイプエポキシ樹脂)、フェノールホルムアルデヒドノボラックの1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル(たとえば、ダウ・ケミカル・カンパニー(Dow Chemical Co.)からの「DEN−431」および「DEN−438」)、およびレゾルシノールジグリシジルエーテル(たとえば、コッパース・カンパニー・インコーポレーテッド(Koppers Company、Inc.)からの「コポキサイト(Kopoxite)」)、ビス(3,4−エポキシシクロヘキシル)アジペート(たとえば、ユニオン・カーバイド・コーポレーション(Union Carbide Corp.)からの「ERL−4299」または「UVR−6128」)、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル−5、5−スピロ−3,4−エポキシ)シクロヘキサン−メタ−ジオキサン(たとえば、ユニオン・カーバイド・コーポレーション(Union Carbide Corp.)からの「ERL−4234」)、ビニルシクロヘキセンモノオキシド1,2−エポキシヘキサデカン(たとえば、ユニオン・カーバイド・コーポレーション(Union Carbide Corp.)からの「UVR−6216」)、アルキルグリシジルエーテル、たとえばアルキルC8〜C10グリシジルエーテル(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からの「ヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)7」)、アルキルC12〜C14グリシジルエーテル(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からの「ヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)8」)、ブチルグリシジルエーテル(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からの「ヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)61」)、クレジルグリシジルエーテル(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からの「ヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)62」)、p−tert−ブチルフェニルグリシジルエーテル(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からの「ヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)65」)、多官能グリシジルエーテル、たとえば1,4−ブタンジオールのジグリシジルエーテル(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)の「ヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)67」)、ネオペンチルグリコールのジグリシジルエーテル(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からの「ヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)68」)、シクロヘキサンジメタノールのジグリシジルエーテル(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からの「ヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)107」)、トリメチロールエタントリグリシジルエーテル(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からのヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)44」)、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からのヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)48」)、脂肪族ポリオールのポリグリシジルエーテル(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からの「ヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)84」)、ポリグリコールジエポキシド(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からの「ヘロキシ・モディファイアー(HELOXY Modifier)32」)、ビスフェノールFエポキシド(たとえば、チバ・ガイギー・コーポレーション(Ciba−Geigy Corp.)からの「EPN−1138」または「GY−281」)、9,9−ビス[4−(2,3−エポキシプロポキシ)−フェニル]フルオレノン(たとえば、シェル・ケミカル・カンパニー(Shell Chemical Co.)からの「エポン(Epon)1079」)。
さらに別の有用なエポキシ樹脂としては、アクリル酸エステルまたはグリシドールのコポリマー、たとえばグリシジルアクリレートおよびグリシジルメタクリレートと1種または複数の共重合性ビニル化合物とのコポリマーが挙げられる。そのようなコポリマーの例を挙げれば、1:1スチレン−グリシジルメタクリレート、1:1メチルメタクリレート−グリシジルアクリレートおよび62.5:24:13.5メチルメタクリレート−アクリル酸エチル−グリシジルメタクリレートなどがある。
その他の有用なエポキシ樹脂としては、エピクロロヒドリン、アルキレンオキシド、たとえば、プロピレンオキシド、スチレンオキシド;アルケニルオキシド、たとえば、ブタジエンオキシド;およびグリシジルエステル、たとえば、エチルグリシデートが挙げられる。
特に好ましいエポキシドはケイ素を含むもので、その有用な例は(特許文献12)に記載されており、たとえば以下のようなものである:7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプタン,3,3’,3’’,3’’’−[(2,4,6,8−テトラメチルシクロテトラシロキサン−2,4,6,8−テトライル)テトラ−2,1−エタンジイル]テトラキス−;7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプタン,3,3’,3’’,3’’’,3’’’’−[(2,4,6,8,10−ペンタメチルシクロペンタシロキサン−2,4,6,8,10−ペンタイル)ペンタ−2,1−エタンジイル]ペンタキス−;シラン,メチルビス[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]フェニル−;シラン,ジメチルビス[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)メチル]−;シラン,ジメチル[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)メチル][2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]−;シラン,1,4−フェニレンビス[ジメチル[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]]−;シラン,1,2−エチレンビス[ジメチル[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]]−;シラン,ジメチルビス[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]−;1,3−ビス[2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル]−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン;シラン,2,5−ビシクロ[2.2.1.]ヘプチレンビス[ジメチル[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]]−;シラン,1,6−ヘキシレンビス[ジメチル[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]]−;シラン,1,1’,1’’−(1,2,4−シクロヘキシレントリス(ジメチル[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]))−;トリシロキサン,3−[[ジメチル[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]シリル]オキシ]−1,1,5,5−テトラメチル−1,5−ビス[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]−3−フェニル−;ジシロキサン,1,1’,1’’−(1,2,4−シクロヘキサントリイルトリ−2,1−エタンジイル)トリス[1,1,3,3−テトラメチル−3−[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]]−;トリシロキサン,3,3−ビス[[ジメチル[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]シリル]オキシ]−1,1,5,5−テトラメチル−1,5−ビス[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]−;トリシロキサン,3−[[ジメチル[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]シリル]オキシ]−1,1,3,5,5−ペンタメチル−1,5−ビス[2−(7−オキサビシクロ[4.1.0]ヘプト−3−イル)エチル]−;1,3,5,7−テトラキス(2,1−エタンジイル−3,4−エポキシシクロヘキシル)−1,3,5,7−テトラメチルシクロ−テトラシロキサン、および1,3,5,7,9−ペンタキス(2,1−エタンジイル−3,4−エポキシシクロヘキシル)−1,3,5,7,9−ペンタメチルシクロペンタシロキサン。
カチオン重合性樹脂はビニルエーテル樹脂から得ることもできる。使用可能なビニルエーテル樹脂の例を挙げてみれば以下のようなものがあるが、これらに限定されるわけではない。トリ(エチレングリコール)ジビニルエーテル(TEGDVE)、グリシジルビニルエーテル(GVE)、ブタンジオールビニルエーテル(BDVE)、ジ(エチレングリコール)ジビニルエーテル(DEGDVE)、1,4−シクロヘキサンジメトジオールジビニルエーテル(CHDMDVE)、4−(イソプロペニルオキシメチル)−1、3−ジオキソラン−2−オン(POMDO)、2−クロロエチルビニルエーテル(CEVE)、2−エチルヘキシルビニルエーテル(EHVE)、エチルビニルエーテル(EVE)、n−プロピルビニルエーテル(NPVE)、イソプロピルビニルエーテル(IPVE)、n−ブチルビニルエーテル(NBVE)、イソブチルビニルエーテル(IBVE)、オクタデシルビニルエーテル(ODVE)、シクロヘキシルビニルエーテル(CVE)、ブタンジオールジビニルエーテル(BDDVE)、ヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテル(CHMVE)、tert−ブチルビニルエーテル(TBVE)、tert−アミルビニルエーテル(TAVE)、ドデシルビニルエーテル(DDVE)、エチレングリコールジビニルエーテル(EGDVE)、エチレングリコールモノビニルエーテル(EGMVE)、ヘキサンジオールジビニルエーテル(HDDVE)、ヘキサンジオールモノビニルエーテル(HDMVE)、ジエチレングリコールモノビニルエーテル(MVE−2)、トリエチレングリコールメチルビニルエーテル(MTGVE)、テトラエチレングリコールジビニルエーテル(DVE−4)、トリメチロールプロパントリビニルエーテル(TMPTVE)、アミノプロピルビニルエーテル(APVE)、ポリテトラヒドロフランジビニルエーテル(PTFDVE)、n−ブチルビニルエーテル(n−BVE)、4−ヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)、エチレングリコールブチルビニルエーテル(EGBVE)、2−ジエチルアミノエチルビニルエーテル(DEAEVE)、ジプロピレングリコールジビニルエーテル(DPGDVE),ビニルエーテル末端の芳香族エステルモノマー(たとえば、ヒドロキシブチルビニルエーテルイソフタレート、ニュージャージー州モリスタウン(Morristown、NJ)のアライド−シグナル・インコーポレーテッド(Allied−Signal Inc.)エンジニアド・マテリアルズ・セクター(Engineered Materials Sector)から、商標ベクトマー(VECTOMER)4010として、購入可能)、ビニルエーテル末端の脂肪族エステルモノマー(たとえば、シクロヘキサンジメタノールモノビニルエーテルグルタレート、アライド−シグナル・インコーポレーテッド(Allied−Signal Inc.)から商標ベクトマー(VECTOMER)4020として、購入可能)、ビニルエーテル末端の脂肪族ウレタンオリゴマー(たとえば、アライド−シグナル・インコーポレーテッド(Allied−Signal Inc.)から購入可能なベクトマー(VECTOMER)2020)、およびビニルエーテル末端の芳香族ウレタンオリゴマー(たとえば、アライド−シグナル・インコーポレーテッド(Allied−Signal Inc.)から購入可能なベクトマー(VECTOMER)2015およびベクトマー(VECTOMER)2010)。
各種カチオン重合性樹脂のブレンド物も本発明の対象である。そのようなブレンド物の例をあげれば、2つまたはそれ以上の重量平均の分子量分布、たとえば低分子量(200未満)、中間分子量(約200〜10,000)そして高分子量(約10,000以上)を持つ樹脂含有化合物である。それとは別に、あるいはそれに加えて、樹脂には、異なった化学的性質、たとえば脂肪族と芳香族、あるいは異なった官能性、たとえば極性と非極性のような樹脂含有物質のブレンド物を含んでいてもよい。その他のカチオン重合性ポリマーも、必要があれば、さらに含めることができる。
本発明において使用可能な任意成分のヒドロキシル含有物質は、少なくとも1つ、好ましくは少なくとも2つのヒドロキシル官能性を有する有機物質ならばどのようなものでもよい。
2つ以上の1級または2級脂肪族ヒドロキシル基を有するヒドロキシル含有物質が好ましい(すなわち、そのヒドロキシル基は非芳香族炭素原子に直接結合している)。ヒドロキシル基は末端に位置していても、ポリマーまたはコポリマーにペンダントしていてもよい。ヒドロキシル含有有機物質の分子量は、非常に低い分子量(たとえば32)から非常に高い分子量(たとえば100万以上)まで広い範囲をとることができる。好適なヒドロキシル含有物質は、低分子量、すなわち約32〜200、中間分子量、すなわち約200〜10,000、または高分子量、すなわち約10,000以上である。本明細書で使用する時、分子量はすべて重量平均分子量である。
このヒドロキシル含有物質には、場合によっては、室温におけるカチオン重合を実質的に妨害しないような他の官能性基を含んでいてもよい。したがってヒドロキシル含有物質は、本来的に非芳香族であってもよいし、あるいは芳香族性を含んでいてもよい。このヒドロキシル含有物質には、場合によっては、分子の主鎖の中にヘテロ原子、たとえば窒素、酸素、硫黄などを含んでいてもよいが、ただし、最終的なヒドロキシル含有物質が室温におけるカチオン重合を妨害してはならない。ヒドロキシル含有物質は、たとえば、天然または合成のセルロール系物質から選択することができる。当然のことであるが、このヒドロキシル含有物質には、熱的または光的に不安定な基を実質的に含まない。すなわち、この物質は、温度約100℃未満、または光共重合性組成物を重合させるための条件下で遭遇するような、化学線の存在下では分解したり揮発性成分を放出したりしてはならない。
ヒドロキシル官能基が1つの、好適なヒドロキシル含有物質の代表例としては、アルカノール、ポリオキシアルキレングリコールのモノアルキルエーテル、アルキレン−グリコールのモノアルキルエーテル、その他当業者公知のものが挙げられる。
有用なモノマー性のポリヒドロキシ有機物質の代表例を挙げれば、アルキレングリコール(たとえば、1,2−エタンジオール;1,3−プロパンジオール;1,4−ブタンジオール;1,6−ヘキサンジオール;1,8−オクタンジオール;2−エチル−1,6−ヘキサンジオール;ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン;1,18−ジヒドロキシオクタデカン;3−クロロ−1,2−プロパンジオール);ポリヒドロキシアルカン(たとえば、グリセリン、トリ−メチロールエタン、ペンタエリスリトール、ソルビトール)およびその他のポリヒドロキシ化合物、たとえばN,N−ビス(ヒドロキシエチル)ベンズアミド;2−ブチン−1,4−ジオール;4,4−ビス(ヒドロキシメチル)ジフェニルスルホン;ヒマシ油;などがある。
有用なポリマー性のポリヒドロキシ有機物質の代表例を挙げれば、ポリオキシエチレンおよびポリオキシプロピレングリコール、特にポリオキシエチレンおよびポリオキシプロピレングリコールのジオールおよびトリオールで分子量が約200〜約10,000、そのヒドロキシ当量がジオールで100〜5000、トリオールで70〜3300に相当するもの;ポリテトラメチレンエーテルグリコール、たとえば各種分子量のポリテトラヒドロフランまたは「ポリTHF」;アクリレートおよびメタクリレートのヒドロキシプロピルおよびヒドロキシエチルエチルと、他のフリーラジカル重合性モノマーたとえばアクリレートエステル、ビニルハライドまたはスチレンなどとのコポリマー;酢酸ビニルコポリマーの加水分解または部分加水分解によって形成されたヒドロキシ基をペンダントしているコポリマー、ペンダントしたヒドロキシル基を含むポリビニルアセタール樹脂;変性セルロースポリマー、たとえばヒドロキシエチル化およびヒドロキシプロピル化セルロース;ヒドロキシ末端ポリエステル;ヒドロキシ末端ポリラクトン、特にポリカプロラクトン;フッ素化ポリオキシエチレンまたはポリオキシプロピレングリコール;およびヒドロキシ末端ポリアルカジエンなどがある。
市販されている有用なヒドロキシル含有物質を列挙すると、「テラセン(TERATHANE)」シリーズのポリテトラメチレンエーテルグリコールで、たとえば「テラセン(TERATHANE)」650、1000、2000および2900(デラウェア州ウィルミントン(Wilmington、DE)のデュポン・ドゥ・ヌムール(Dupont de Nemours)から入手可能)、平均分子量250のポリテトラヒドロフラン(ミズーリ州セントルイス(St.Louis、MO)のシグマ・アルドリッチ(Sigma Aldrich)から入手可能)、「PEP」シリーズの、2級ヒドロキシル基を有するポリオキシアルキレンテトロール、たとえば「PEP」450、550および650;「ブトバール(BUTVAR)」シリーズのポリビニルアセタール樹脂、たとえば「ブトバール(BUTVAR)」B−72A、B−73、B−76、B−90およびB−98(ミズーリ州セントルイス(St.Louis、MO)のモンサント・ケミカル・カンパニー(Monsanto Chemical Company)から入手可能);および「フォームバル(FORMVAR)」シリーズの樹脂、たとえば7/70、12/85、7/95S、7/95E、15/95Sおよび15/95E(モンサント・ケミカル・カンパニー(Monsanto Chemical Company)から入手可能);「トーン(TONE)」シリーズのポリカプロラクトンポリオール、たとえば「トーン(TONE)」0200、0210、0230,0240、0300および0301(ユニオン・カーバイド(Union Carbide)から入手可能);「パラプレックス(PARAPLEX)U−148」脂肪族ポリエステルジオール(ペンシルバニア州フィラデルフィア(Philadelphia、PA)のローム・アンド・ハース(Rohm and Haas)から入手可能)、「マルトロン(MULTRON)」Rシリーズの飽和ポリエステルポリオール、たとえば「マルトロン(MULTRON)」R−2、R−12A、R−16、R−18、R−38、R−68およびR−74(モーベイ・ケミカル・カンパニー(Mobay Chemical Co.)から入手可能);「クルーセル(KLUCEL)E」当量約100のヒドロキシプロピル化セルロース(ハーキュレス・インコーポレーテッド(Hercules Inc.)から入手可能);「アルコール可溶性ブチレート(Alcohol Soluble Butyrate)」ヒドロキシル当量約400のセルロースアセテートブチレートエステル(ニューヨーク州ロチェスター(Rochester、NY)のイーストマン・コダック・カンパニー(Eastman Kodak Co.)から入手可能);ポリエーテルポリオール、たとえばポリプロピレングリコールジオール(たとえば、アーコ・ケミカル・カンパニー(ARCO Chemical Co.)からの「アーコール(ARCOL)PPG−425」、「アーコール(ARCOL)PPG−725」、「アーコール(ARCOL)PPG−1025」、「アーコール(ARCOL)PPG−2025」、「アーコール(ARCOL)PPG−3025」、「アーコール(ARCOL)PPG−4025」);ポリプロピレングリコールトリオール(たとえば、アーコ・ケミカル・カンパニー(ARCO Chemical Co.)からの「アーコール(ARCOL)LT−28」、「アーコール(ARCOL)LHT−42」、「アーコール(ARCOL)LHT112」、「アーコール(ARCOL)LHT240」、「アーコール(ARCOL)LG−56」、「アーコール(ARCOL)LG−168」、「アーコール(ARCOL)LG−650」);エチレンオキシドでキャッピングしたポリオキシプロピレントリオールまたはジオール(たとえば、アーコ・ケミカル・カンパニー(ARCO Chemical Co.)からの「アーコール(ARCOL)11−27」、「アーコール(ARCOL)11−34」、「アーコール(ARCOL)E−351」、「アーコール(ARCOL)E−452」、「アーコール(ARCOL)E−785」、「アーコール(ARCOL)E−786」);エトキシル化ビス−フェノールA;プロピレンオキシドまたはエチレンオキシド系ポリオール(たとえば、ダウ・ケミカル・カンパニー(Dow Chemical Co.)からの「ボラノール(VORANOL)」ポリエーテルポリオール)などがある。
本発明の組成物において任意成分として使用するヒドロキシル含有有機物質の量は、広い範囲にわたって変化させることが可能であり、それは、そのヒドロキシル含有物質と樹脂との相溶性、ヒドロキシル含有物質の当量と官能基数、最終的に硬化させた後の組成物における望む物理的性質、所望の光重合速度など、各種の因子に依存する。
各種のヒドロキシル含有物質をブレンドすることも、本発明の対象である。そのようなブレンド物の例をあげれば、2つまたはそれ以上の分子量分布、たとえば低分子量(200未満)、中間分子量(約200〜10,000)そして高分子量(約10,000以上)を持つヒドロキシ含有化合物である。それとは別に、あるいはそれに加えてこのヒドロキシ含有物質には、異なった化学的性質、たとえば脂肪族と芳香族、あるいは異なった官能性、たとえば極性と非極性のようなヒドロキシ含有物質のブレンド物を含んでいてもよい。さらなる例を挙げれば、2種以上の多官能ヒドロキシ物質を混合したり、1種以上の単官能ヒドロキシ物質を多官能ヒドロキシ物質と混合したりして使用することもできる。
光重合性組成物には、必要に応じて、エチレン性不飽和モノマー(単一または複数)またはオリゴマーまたはポリマーなどのフリーラジカル重合性物質をさらに含まれていてもよい。少なくとも1つのエチレン性不飽和結合を含み、付加重合することが可能な物質が好ましい。そのようなフリーラジカル重合性物質を挙げてみると、モノ−、ジ−またはポリ−アクリレートおよびメタクリレートでたとえば、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチル、イソプロピルメタクリレート、n−ヘキシルアクリレート、ステアリルアクリレート、アリルアクリレート、グリセロールジアクリレート、グリセロールトリアクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、1,3−プロパンジオールジアクリレート、1,3−プロパンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、1,2,4−ブタントリオールトリメタクリレート、1,4−シクロヘキサンジオールジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、ソルビトールヘキサアクリレート、ビス[1−(2−アクリルオキシ)]−p−エトキシフェニルジメチルメタン、ビス[1−(3−アクリルオキシ−2−ヒドロキシ)]−p−プロポキシフェニルジメチルメタン、およびトリスヒドロキシエチル−イソシアヌレートトリメタクリレート;分子量200〜500のポリエチレングリコールのビス−アクリレートおよびビス−メタクリレート類、たとえば(特許文献16)に記載されているようなアクリレート化モノマーの共重合性混合物、およびたとえば(特許文献17)に記載されているようなアクリレート化オリゴマー;およびビニル化合物たとえばスチレン、ジアリルフタレート、ジビニルスクシネート、ジビニルアジペートおよびジビニルフタレートなどがある。これらフリーラジカル重合性物質を2種以上混合したものも、必要があれば使用できる。
必要に応じて、その重合性物質(単一または複数)には、単一の分子の中にカチオン重合性とフリーラジカル重合性の両方の官能基が含まれていてもよい。それらのものは、たとえば、ジ−またはポリ−エポキシドを1当量またはそれを超えるエチレン性不飽和カルボン酸と反応させることによって得ることができる。そのような物質の例を挙げれば、UVR−6105(ユニオン・カーバイド(Union Carbide)から入手可能)またはDER332(ダウ・ケミカル・カンパニー(Dow Chemical Co.)から入手可能)と1当量のメタクリル酸との反応生成物がある。市販されているエポキシとフリーラジカル重合性官能基を含む物質としては、「サイクロマー(Cyclomer)」シリーズ、たとえばサイクロマー(Cyclomer)M100またはM101(日本国、ダイセル化学工業(株)から入手可能)がある。
さらに、その重合性物質(単一または複数)には、単一の分子の中にヒドロキシルとフリーラジカル重合性官能基が含まれていてもよい。そのような物質の例としては、ヒドロキシアルキルアクリレートおよびヒドロキシアルキルメタクリレート、たとえばヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート;グリセロールモノ−またはジ−アクリレートおよびメタクリレート;などがある。
カチオン重合性樹脂、任意のヒドロキシ含有物質(単一または複数)、および任意のフリーラジカル重合性物質(単一または複数)を三成分または三元光開始剤システムと組み合わせる。この光開始剤システムの第1の成分は、ヨードニウム塩、たとえばジアリールヨードニウム塩である。このヨードニウム塩は組成物中に可溶でなければならず、また貯蔵安定性を有するのが好ましいが、これが意味しているのは、可視光線増感剤および電子供与体化合物の存在下に溶解させたときに、自発的に重合を促進しないということである。したがって、具体的にどのヨードニウム塩を選択するかは、選択した具体的な樹脂、可視光線増感剤および電子供与体にある程度関係してくる。好適なヨードニウム塩については、(特許文献18)、(特許文献19)、(特許文献20)、(特許文献21)および(特許文献22)に記載がある。このヨードニウム塩は、Cl-、Br-、I-またはC25SO3 -のようなアニオンを含む単塩であってもよいし;あるいは、アンチモン酸塩、ヒ酸塩、リン酸塩またはホウ酸塩、たとえばSbF5OH-またはAsF6 -などを含む金属錯塩であってもよい。必要があれば、ヨードニウム塩の混合物を使用することもできる。
有用な芳香族ヨードニウム錯塩光開始剤の例を挙げる:テトラフルオロホウ酸ジフェニルヨードニウム;テトラフルオロホウ酸ジ(4−メチルフェニル)ヨードニウム;テトラフルオロホウ酸フェニル−4−メチルフェニルヨードニウム;テトラフルオロホウ酸ジ(4−ヘプチルフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジ(3−ニトロフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジ(4−クロロフェニル)ヨードニウム;テトラフルオロホウ酸ジ(ナフチル)ヨードニウム;テトラフルオロホウ酸ジ(4−トリフルオロメチルフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジフェニルヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジ(4−メチルフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロヒ酸ジフェニルヨードニウム;テトラフルオロホウ酸ジ(4−フェノキシフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸フェニル−2−チエニルヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸3,5−ジメチルピラゾリル−4−フェニルヨードニウム;ヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウム;テトラフルオロホウ酸2,2’−ジフェニルヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジ(2,4−ジクロロフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジ(4−ブロモフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジ(4−メトキシフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジ(3−カルボキシフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジ(3−メトキシカルボニルフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジ(3−メトキシスルホニルフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジ(4−アセトアミドフェニル)ヨードニウム;ヘキサフルオロリン酸ジ(2−ベンゾチエニル)ヨードニウム;およびヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウム。
本発明の組成物において使用するのに適した芳香族ヨードニウム錯塩の内でも好ましい塩は、ヘキサフルオロリン酸ジアリールヨードニウム、ヘキサフルオロアンチモン酸ジアリールヨードニウム、ヘキサフルオロアンチモン酸4−オクチルオキシフェニルフェニルヨードニウム、ヘキサフルオロアンチモン酸4−(2−ヒドロキシテトラデシルオキシフェニル)フェニルヨードニウム、およびテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸4−(1−メチルエチル)フェニル4−メチルフェニルヨードニウムである。これらの塩が好ましい理由は、一般的に言って、他の錯イオンの芳香族ヨードニウム塩よりも、反応をより促進し、不活性溶媒の中に溶解しやすいからである。
これら芳香族ヨードニウム錯塩は、(非特許文献2)の教示に従って、対応する芳香族ヨードニウム単塩(たとえば重亜硫酸ジフェニルヨードニウム)のメタセシスにより調製することができる。したがってたとえば、錯塩のテトラフルオロホウ酸ジフェニルヨードニウムは、60℃で、29.2gのフルオロホウ酸銀、2gのフルオロホウ酸、および0.5gの亜リン酸を約30mLの水に溶解させた水溶液を44g(139ミリモル)の塩化ジフェニルヨードニウム溶液に添加することによって調製する。沈殿するハロゲン化銀をろ過により除去し、ろ液を濃縮するとフルオロホウ酸ジフェニルヨードニウムが得られるので、それを再結晶により精製する。
芳香族ヨードニウム単塩は、上記のベリンガーらの文献にしたがって、下記のような各種の方法によって調製することが可能である。(1)硫酸中で2種の芳香族化合物を硫酸ヨージルとカップリングさせる、(2)酢酸−無水酢酸−硫酸中で2種の芳香族化合物をヨウ素酸塩とカップリングさせる、(3)酸の存在下で2種の芳香族化合物をヨウ素アクリレートとカップリングさせる(4)酸の存在下でヨードソ化合物、ヨードソジアセテート、またはヨードキシ化合物を他の芳香族化合物と縮合させる。重亜硫酸ジフェニルヨードニウムは方法(3)によって調製できて、たとえば、35mLの濃硫酸と50mLの無水酢酸の混合物を、5℃未満で8時間かけて、充分に撹拌しながら、55.5mLのベンゼン、50mLの無水酢酸および53.5gのヨウ素酸カリウムの混合物の中に充分に撹拌しながら添加する。その混合物をさらに0℃〜5℃で4時間、室温(約25℃)で48時間撹拌してから、300mLのジエチルエーテルを用いて処理する。濃縮すると、粗製の重亜硫酸ジフェニルヨードニウムが沈殿するので、必要があれば再結晶により精製することもできる。
光開始剤システムの第2の成分は可視光線増感剤である。この可視光線増感剤は、光重合性組成物中に部分的または完全に溶解し、カチオン重合プロセスを実質的に妨害するような官能基を持たず、そして約400〜約1000ナノメートルの間の波長領域のどこかで光を吸収することが可能なものでなければならない。好適な可視光線増感剤には1つまたは複数のカルボニル官能基を含む。
好適な可視光線増感剤としては、以下のカテゴリーに入る化合物の物質が挙げられる:
ケトン、クマリン染料(たとえば、ケトクマリン)、キサンテン染料、フルオロン染料、フルオレセイン染料、アミノケトン染料、およびp−置換したアミノスチリルケトン化合物。ケトン(たとえば、モノケトンまたはアルファ−ジケトン)、クマリン染料(たとえば、ケトクマリン)、キサンテン染料、フルオロン染料、およびフルオレセイン染料が、本発明で使用するのに特に適した可視光線増感剤である。深度硬化(deep cure)が必要な用途(たとえば、高充填コンポジットの硬化)では、光重合のための所望の照射波長において約1000Lmol-1cm-1未満、より好ましくは約100Lmol-1cm-1かそれ未満の吸光係数を有する増感剤を使用するのが好ましい。アルファ−ジケトンはそのような性質を有する可視光線増感剤のタイプの代表例であり、特に歯科用途においては好ましいものである。深度硬化は、1000Lmol-1cm-1より大きな吸光係数を有する可視光線増感剤であっても、その増感剤が光に暴露することで吸光係数の減少を示すものならば、それを使用して達成することが可能である。キサンテン染料、フルオロン染料、およびフルオレセイン染料は、そのような性質を有する可視光線増感剤のタイプの代表例である。
例を示せば、好適なタイプのケトン可視光線増感剤は次式で表され:
ACO(X)b
ここでXはCOまたはCR12であり、ここでR1およびR2は同一であっても異なっていてもよいが水素、アルキル、アルクアリールまたはアラルキルであり、bはゼロ、そしてAおよびBは同一であっても異なっていてもよいが、置換した(1つまたは複数の非妨害性の置換基を有する)または非置換の、アリール、アルキル、アルクアリール、またはアラルキル基であるか、またはAとBが結合して環状構造を形成して、それらが置換または非置換のシクロ脂肪族、芳香族、ヘテロ芳香族または縮合芳香環であってもよい。
モノケトン(b=0)を含む上記の式のケトンで好適なものとしては、たとえば、2,2−、4,4−または2,4−ジヒドロキシベンゾフェノン、ジ−2−ピリジルケトン、ジ−2−フラニルケトン、ジ−2−チオフェニルケトン、ベンゾイン、フルオレノン、カルコン、ミヒラーケトン、2−フルオロ−9−フルオレノン、2−クロロチオキサントン、アセトフェノン、ベンゾフェノン、1−または2−アセトナフトン、9−アセチルアントラセン、2−、3−または9−アセチルフェナントレン、4−アセチルビフェニル、プロピオフェノン、n−ブチロフェノン、バレロフェノン、2−、3−または4−アセチルピリジン、3−アセチルクマリンなどがある。好適なジケトンとしては、アラルキルジケトンが挙げられ、たとえばアントラキノン、フェナントレンキノン、o−、m−およびp−ジアセチルベンゼン、1,3−、1,4−、1,5−、1,6−、1,7−および1,8−ジアセチルナフタレン、1,5−、1,8−および9,10−ジアセチルアントラセンなどがある。好適なI−ジケトン(b=1、X=CO)としては、2,3−ブタンジオン、2,3−ペンタンジオン、2,3−ヘキサンジオン、3,4−ヘキサンジオン、2,3−ヘプタンジオン、3,4−ヘプタンジオン、2,3−オクタンジオン、4,5−オクタンジオン、ベンジル、2,2’−、3,3’−および4,4’−ジヒドロキシルベンジル、フリル、ジ−3,3’−インドリルエタンジオン、2,3−ボランジオン(カンファーキノン)、ビアセチル、1,2−シクロヘキサンジオン、1,2−ナフタキノン、アセナフタキノン、1−フェニル−1,2−プロパンジオン、などがある。
特に好適な可視光線増感剤の例を挙げれば、アルファ−ジケトン:カンファーキノン;グリオキサール;ビアセチル;3,3,6,6−テトラメチルシクロヘキサンジオン;3,3,7,7−テトラメチル−1,2−シクロヘプタンジオン;3,3,8,8−テトラメチル−1,2−シクロオクタンジオン;3,3,18,18−テトラメチル−1,2−シクロオクタデカンジオン;ジピバロイル;ベンジル;フリル;ヒドロキシベンジル;2,3−ブタンジオン;2,3−ペンタンジオン;2,3−ヘキサンジオン;3,4−ヘキサンジオン;2,3−ヘプタンジオン;3,4−ヘプタンジオン;2,3−オクタンジオン;4,5−オクタンジオン;1,2−シクロヘキサンジオン;および1−フェニル−1,2−プロパンジオンなどである。これらの中では、カンファーキノンが最も好ましい可視光線増感剤である。
好適なフルオロン染料の例を挙げてみれば(これらに限定されるわけではない)、フルオレセイン、4’5’−ジブロモフルオレセイン、エリトロシンB、エチルエオシン、エオシンY、およびエリトロシン、イエローイッシュ・ブレンド(yellowish blend)などがある。
この光開始剤システムにおける第3の成分は電子供与体化合物である。本発明を実施するのに広い範囲の電子供与体化合物を使用すると、所望の波長の可視光線に暴露したときに、同一の組成であるがその電子供与体化合物を含まないものに比較して、一般に重合速度を上げおよび/または本発明による組成物の重合の深さを増すことができる。
本発明において使用する電子供与体化合物は、以下の性質の1つまたは複数(より好ましくは、全部ではないとしても、そのいくつか)を有しているのが好ましい:(a)重合性組成物に可溶であること;(b)組成物を光重合させるのに使用される光の波長、典型的には可視光線増感剤が極大吸収を示す典型的な波長において、顕著な光吸収を持たないこと、すなわち言い換えれば、その電子供与体化合物が可視光線増感剤の性能に悪影響を及ぼさないこと;(c)飽和カロメル電極(SCE)を基準に測定したときに0よりは高く1,4−ジメトキシベンゼンのそれよりは低い酸化電位(Eox)を有していること;(d)2−ブタノン中に2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウムおよび1.5×10-5モル/gのカンファーキノンを含む標準溶液中の3−ジメチルアミノ安息香酸よりは低い光誘起電位を有するような光開始剤システムを与えること;(e)pkbが8より大であること;(f)重合させた樹脂に最小限を超える好ましくない着色を与えないこと;(g)重合させた樹脂に最小限を超える好ましくない蛍光を与えないこと;(h)最小限を超える重合禁止作用を有さないこと;(i)重合性組成物の保存安定性を改良すること;および(j)他の重合助剤よりも低い有効濃度で使用可能なこと。特定の組成物に対する電子供与体化合物を選択するのに影響するその他の因子としては、選択したカチオン重合性樹脂、ヨードニウム塩、および可視光線増感剤、さらにはカチオン重合性組成物の貯蔵安定性などが挙げられる。
本発明において使用するための好適な電子供与体化合物ではそのEoxが0よりは高く1,4−ジメトキシベンゼンのそれよりは低いか等しいが、より好ましいのはその電子供与体化合物の飽和カロメル電極(SCE)を使用して測定したときのEoxが約1.35ボルト未満、さらに好ましくはそのEoxが(SCEに対して)約0.5〜1.34ボルトの間の場合である。Eoxの値は、実験的に求めることもできるし、あるいは公表された文献類から得ることも可能であるが、そのような文献としては、たとえば、(非特許文献3)、および(非特許文献4)などがある。
上に記したように、本発明で使用するのに好適な電子供与体化合物は、2−ブタノン中に2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウムおよび1.5×10-5モル/gのカンファーキノンを含む標準溶液中の3−ジメチルアミノ安息香酸よりは低い光誘起電位を有するような光開始剤システムを与える。一般に、3−ジメチルアミノ安息香酸は、この標準溶液中で測定した場合、少なくとも約115mVの光誘起電位を示す。
光誘起電位は、対象としている電子供与体化合物を含む光開始剤システムの光誘起電位を、3−ジメチルアミノ安息香酸を用いた光開始剤システムと比較することによって求めることができる。さらに詳しくは、2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウム、1.5×10-5モル/gのカンファーキノン、および2.9×10-5モル/gの3−ジメチルアミノ安息香酸を2−ブタノンに溶解させた、標準溶液を調製する。次いでpH電極をその溶液に投入して、pHメーターをゼロmVに較正する。その標準溶液を約400〜500nmの間の波長を有し強度約200〜400mW/cm2の青色光、焦点型光源たとえば市販の歯科用硬化光源を使用して約5〜10秒間照射する。露光後に、その照射した標準溶液中にpH電極を投入して標準溶液の光誘起電位を測定し、pHメーターを使用して光誘起電位をmVの単位で記録する。次いで、2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウム、1.5×10-5モル/gのカンファーキノン、および2.9×10-5モル/gの対象とする電子供与体化合物を2−ブタノンに溶解させて試験溶液を調製する。標準溶液について記載したのと同じ方法を用いて、その試験溶液を照射し、光誘起電位を測定する。その試験溶液が、3−ジメチルアミノ安息香酸を含む標準溶液よりも低い光誘起電位を有するようならば、その化合物は、本発明において使用するのに特に適した電子供与体だと考えられる。
本発明による光開始剤システムにおいて有用な1つのタイプの電子供与体化合物は、多環式芳香族化合物(すなわち、2つ以上の縮合芳香族環を有する多環式化合物)を含み、さらにはそれらのアルキル−およびアリール−置換誘導体も含める。「縮合」という用語は、共通の辺を持つか、または向かい合った辺が炭素−炭素結合によって直接結合されているような芳香環を意味する。
有用な多環式芳香族電子供与体化合物の代表例を挙げてみれば(これらに限定されるわけではない)、ビフェニレン、ナフタレン、アントラセン、ベンズアントラセン、ピレン、アズレン、ペンタセン、デカシクレン、およびそれらの誘導体(たとえばアセナフテン)やそれらの組合せがある。
より具体的には、以下に示すような構造に従った電子供与体化合物を使用することができる。
Figure 0004430397
上記の構造において、置換基R1〜R14は、カチオン重合に実質的に悪影響を及ばさないものであればどのような基でもよく、それぞれ独立してHまたは炭化水素基であれば好ましい。その炭化水素基は、アルキル基(たとえば、C110アルキル、C210アルケニル、またはC310シクロアルキル基)または芳香族基(たとえば、C510芳香族基)であるのがよい。この炭化水素基は場合によっては、1つまたは複数の、ハロゲン、−CN、−OH、−SH、−COOH、−COOC110アルキル、−(C110アルキル)01−COH、−(C110アルキル)01−CO−C110アルキル、−CO−C110アルキル、さらにはその他の炭化水素基などで置換されていてもよい。各種のR置換基が組み合わさって芳香族やシクロアルキル環を形成していてもよい。最も好ましいR置換基は、メチル、エチル、ビニルおよびフェニルである。
特に有用な多環式芳香族電子供与体化合物を挙げてみれば:ビフェニレン、アントラセン、9−メチルアントラセン、9−ビニルアントラセン、9−フェニルアントラセン、9,10−ジフェニルアントラセン、9,10−ジメチルアントラセン、2−エチルアントラセン、アセナフテン、ピレン、ペンタセン、デカシクレン、アズレン、7,12−ジメチル−1,2−ベンズアントラセン、1,2−ベンズアントラセン、1,4−ジメチルナフタレン、2,3,5−トリメチルナフタレン、およびそれらの組合せなどがある。これらの化合物はすべて、ミズーリ州セントルイス(St.Louis、MO)のシグマ・アルドリッチ(Sigma Aldrich)から入手可能である。
本発明による光開始剤システムにおいて有用な電子供与体化合物の別なタイプとしては、以下の式で表されるN−アルキルカルバゾール誘導体がある:
Figure 0004430397
上記の構造において、置換基R1〜R10は、カチオン重合に実質的に悪影響を及ばさないものであればどのような基でもよく、それぞれ独立してHまたは炭化水素基であれば好ましい。その炭化水素基は、アルキル基(たとえば、C110アルキル、C210アルケニル、またはC310シクロアルキル基)または芳香族基(たとえば、C510芳香族基)であるのがよい。この炭化水素基は場合によっては、1つまたは複数の、ハロゲン、−CN、−OH、−SH、−COOH、−COOC110アルキル、−(C110アルキル)01−COH、−(C110アルキル)01−CO−C110アルキル、−CO−C110アルキル、さらにはその他の炭化水素基などで置換されていてもよい。各種のR置換基が組み合わさって芳香族やシクロアルキル環、あるいは低塩基度のヘテロサイクリック環を形成していてもよい。その他可能な置換基としては、アルキルまたは芳香族エーテル、カルボン酸およびエステル、ニトリル、アルデヒド、ケトンおよびカチオン重合に実質的に妨害を与えないその他の基が挙げられる。
好適なN−アルキルカルバゾール化合物は、N−メチルカルバゾールであって、これはミズーリ州セントルイス(St.Louis、MO)のシグマ・アルドリッチ(Sigma Aldrich)から入手可能である。
電子供与体化合物は有利なことには、その電子供与体化合物が存在しない組成に比較して、カチオン重合性樹脂の重合速度(ゲル化時間で測定)を加速する。光重合性組成物の用途の多くでは、後に示すゲル化時間測定法に従って求めたそのゲル化時間が、好ましくは60分未満、より好ましくは約10分未満、最も好ましくは約2分未満である。電子供与体化合物および比較のための化合物について、カチオン重合性樹脂と所望の可視光線増感剤、ヨードニウム塩および電子供与体化合物とを組合せ、均一になるまで混合することによって、特定のカチオン重合性組成物における、重合速度に対する効果を測定した。それぞれのサンプルのゲル化時間を測定するために、直径6mm×厚み2.5mmの、ポリエステルフィルムを底面に直接接するようにとめたテフロン(Teflon)型の中にその光重合性組成物を移した。サンプルを、歯科用硬化光源のビジルックス(VISILUX)2またはエリパール・トライライト(ELIPAR Trilight)のライトガイドの直下に(後者のための標準的な光強度を用いて)、距離10mmを離して直接置いた。サンプルに最長で120秒間照射して、ハードゲル化時間を求めたが、それにはプラスチック製のプローブで表面をつついて、固くタックフリー表面になる時間を求めた。
この三元光開始剤システムの個々の成分は、光重合に効果のある量(すなわち、光開始剤システムが、カチオン重合性樹脂の光重合を開始させるか、または、より好ましくは重合速度を加速させることを可能とするのに、効果のある量)で用いた。可視光線増感剤は、好ましくは光重合性組成物の全量を基準にして約0.05〜5.0重量パーセント、より好ましくは、約0.10〜2.0重量パーセントで存在させる。ヨードニウム塩は、組成物の全量を基準にして、好ましくは約0.05〜10.0重量パーセント、より好ましくは約0.10〜5.0重量パーセント、最も好ましくは約0.50〜3.0重量パーセントで存在させる。電子供与体化合物は、組成物の全量を基準にして、好ましくは約0.01〜5.0重量パーセント、より好ましくは約0.05〜1.0重量パーセント、最も好ましくは約0.05〜0.50重量パーセントの量で存在させる。
本発明の光重合性組成物は、「安全光」の条件下で、本発明の組成物の成分を単に混合するだけで調製する。この混合を効果的にしたければ、適当な不活性溶媒を使用してもよい。溶媒としては、本発明の組成物の成分とあまり反応しないようなものならば何を使用しれもよい。好適な溶媒を挙げると、アセトン、ジクロロメタン、アセトニトリルおよびラクトンなどがある。重合させる液状の物質を、重合させる他の液体または固体の溶媒として使用することもできる。ヨードニウム錯塩、増感剤および電子供与体をカチオン重合性樹脂の中に単に溶解させることによって無溶媒組成を調製することも可能であるが、場合によっては溶解を促すために穏やかな加熱を加えてもよい。
本発明の組成物は、重合速度、重合の深さ、および貯蔵安定性の非常に有用な組合せを提供する。これらのものは、大量の充填剤を加えた場合でも充分に重合し、各種の用途に使用することが可能であるが、そのような用途としては、グラフィックアート用画像形成(たとえば、カラープルーフィングシステム、硬化性インキ、シルバーレス画像)、印刷版(たとえば、プロジェクションプレートまたはレーザープレート)、フォトレジスト、ソルダーマスク、電子相似被覆およびアンダーフィル、光ファイバーコーティング、被覆研磨材、磁気媒体、光硬化性接着剤(たとえば、歯科矯正、電子、光ファイバーおよび医療用など)、ハードコート(たとえば、光学レンズ用)、および光硬化性コンポジット(たとえば、自動車ボディ補修または歯科医療用)などがある。歯科用、電子、光学レンズおよび光ファイバーなどの用途は、ユニークな本発明の組成物からのメリットを特に受ける。
アクリレート−およびメタクリレート系物質は一般に、接着剤および補綴修復用の歯科用組成物に使用されている。これらの物質は、光開始剤システムを使用して可視光線で重合することが可能であるという利点を有しているが、その重合過程で比較的大きな収縮が起きるという問題点を抱えている。それとは対照的に、本発明の組成物に見られるカチオン重合性樹脂は、重合の際の収縮がアクリレートやメタクリレート樹脂の場合よりもかなり小さい。本発明は、歯科治療室や電子機器製造設備ですでに使用されている可視光源装置を使用して、許容可能な時間枠の中、たとえば120秒未満で、充分な深さまで重合するカチオン重合性樹脂のためのシステムを提供するものである。
本発明の組成物は、充填剤入り非充填を問わず、広い範囲の歯科用材料として使用するのに特に適している。そのような歯科用材料としては、直接審美的修復材料(たとえば、前側および後側の修復)、補綴材(prostheses)、口腔硬組織のための接着剤およびプライマー、シーラント、被覆材(veneer)、歯腔裏装材、各種のブラケット(たとえば金属、プラスチックおよびセラミック)と共に使用する歯科矯正ブラケット接着剤、クラウンおよびブリッジセメント、人工クラウン、人工歯、義歯などがある。これらの歯科用材料は、口内で使用され、天然歯の近傍に配置される。本明細書で使用する場合、「近傍に配置」という用語は、一時的または恒久的接着(たとえば、接着剤)または天然歯とのふれあい(たとえば、咬合または隣接面)接触するように、歯科用材料を設置することを言う。「コンポジット」という用語は、歯科用材料についての本明細書の文脈においては、充填した歯科用材料を指す。本明細書で使用する場合、「補綴修復(restoratiave)」という用語は、歯の近傍に配置した後で重合させた歯科用コンポジットを指す。本明細書で使用する場合、「補綴(prosthesis)」という用語は、その最終用途(たとえば、クラウン、ブリッジ、被覆材、インレー、アンレーなど)のために成形、重合させたコンポジットを指し、その後それは歯の近傍に配置される。本明細書で使用する場合、「シーラント」という用語は、少しだけ充填した歯科用コンポジットまたは非充填歯科用材料で、歯の近傍に配置をした後で硬化させるものを指す。
歯科用のある種の用途では、充填剤を使用するのが適している。充填剤の選択によって、その歯科用コンポジットの性質、たとえばその外観、放射線不透過性および物理的・機械的性質などに重大な影響を与える。外観は、コンポジットの成分の量および相対屈折率を調節することである程度変化させることができ、それによって、コンポジットの半透明性、乳白度または真珠光沢を変化させることが可能となる。本発明のカチオン重合性組成物は、石英(屈折率1.55)、サブミクロンシリカ(屈折率1.46)およびモル比5.5:1のSiO:ZrOである非ガラス質ミクロ粒子(屈折率1.54)のような充填剤の屈折率に近づけるか、または同等の屈折率になるように調製することが可能である。この方法により、歯科用材料の外観は、望むならば天然歯の外観にほぼ等しく作ることができる。
放射線不透過性は、歯科用コンポジットのX線検査による見つけやすさの目安である。放射線不透過性歯科用コンポジットが望ましいとされることは多く、それはたとえば、歯科医が、歯科修復が健常に残っているかどうかを判断する場合である。また別な環境では、非放射線不透過性コンポジットの方が望ましいこともある。放射線不透過性配合のために好適な充填剤は、(特許文献23)、(特許文献24)、および(特許文献25)に記載がある。
コンポジット中に組み込む充填剤の量を、本明細書では「充填レベル(loading level)」と呼び、歯科用材料の全重量を基準にした重量パーセントで表すが、これは、充填剤、カチオン硬化性樹脂およびその他組成物成分のタイプと、そのコンポジットの最終用途によって変わる。
ある種の歯科用材料、たとえばシーラントの場合、本発明のカチオン重合性組成物の充填量は少し(たとえば、充填レベルが約40重量パーセント未満)にするか、充填しない。好ましくはこの歯科用材料の粘度は充分に低くして、それが咬合歯表面の小窩および欠損の内部、さらにはエナメル質のエッチング領域の中に浸透することができ、それによって歯科用材料の保持力を高めるようにする。高い強度や耐久性が必要な用途(たとえば、前側または後側の修復、補綴材、クラウンおよびブリッジセメント、人工クラウン、人工歯および歯床)では、充填レベルを約95重量パーセントまで高くすることもできる。ほとんどの歯科的修復および補綴用途では、一般に充填レベルを約60〜90重量パーセントとするのが好ましい。
充填剤は、医療用途に使用する組成物へ組み入れるのに適した各種物質、たとえば歯科用の修復組成物などに現在使用されている組成物などの1種または複数から選択することができる。この充填剤は微粉砕されていて、その最大粒子直径が約50マイクロメートル、平均粒子直径が約10マイクロメートル未満であるのが好ましい。この充填剤は、その粒径分布が単峰形であっても多峰形(たとえば2峰形)であってもよい。この充填剤は無機材料であってもよい。また、それが重合性樹脂には不溶性の架橋させた有機物質であってもよく、また場合によっては無機フィルターで充填されていてもよい。この充填剤は、少なくとも無毒であって、口中で使用するのに適したものでなければならない。充填剤は、放射線不透過性であっても、放射線透過性であってもまたは非放射線不透過性であってもよい。
好適な無機充填剤の例を挙げれば、天然産または合成物質で、たとえば、石英、窒化物(たとえば、窒化ケイ素)、たとえばCe、Sb、Sn、Zr、Sr、BaおよびAlなどから誘導されたガラス、コロイダルシリカ、長石、ホウケイ酸ガラス、カオリン、タルク、チタニア、および亜鉛ガラス;低モース硬度の充填剤、たとえば(特許文献26)に記載されているもの;およびサブミクロンシリカ粒子(たとえば、熱分解法シリカ、たとえばデグッサ(Degussa)販売の「アエロジル(Aerosil)」シリーズ「OX50」、「130」、「150」および「200」シリカ、およびキャボット・コーポレーション(Cabot Corp.)販売の「キャブ・オ・ジル(Cab−O−Sil) M5」など)がある。好適な有機充填剤粒子の例としては、充填タイプまたは未充填タイプの微粉砕ポリカーボネート、ポリエポキシドなどが挙げられる。好ましい充填剤粒子は、石英、サブミクロンシリカ、および、(特許文献27)記載のタイプの非ガラス質ミクロ粒子である。金属充填剤も組み入れることができるが、そのようなものとしては、IVA、VA、VIA、VIIA、VIII、IB、またはIIB族、IIIB族のアルミニウム、インジウムおよびタリウム、およびIVB族のスズおよび鉛などの純金属またはそれらの合金から作った特定の金属充填剤などがある。現在歯科用アマルガム金属粉として使用されている、典型的には銀、スズ、銅、および亜鉛の混合物もまた、場合よっては含んでいてもよい。粒子状の金属充填剤の平均粒子径は、好ましくは約1ミクロン〜約100ミクロン、より好ましくは1ミクロン〜約50ミクロンである。これらの充填剤の混合物も、さらには有機および無機材料から作った組合せ充填剤も含めて考えることができる。フルオロアルミノシリケートガラス充填剤は、未処理のものおよびシラノール処理したもののいずれであっても、特に好ましい。これらのガラス充填剤は、口中の環境に置いたときに、歯科治療のところでフッ化物を放出するという追加のメリットがある。
場合によっては、充填剤粒子の表面をカップリング剤のようなもので表面処理して、充填剤と重合性樹脂との間の接着性を向上させることもできる。そのカップリング剤は、反応硬化性の基、たとえばアクリレート、メタクリレート、エポキシ、などで官能価しておいてもよい。カップリング剤の例を挙げれば、シラン、たとえばガンマ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ガンマ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、ベータ−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、ガンマ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどがある。
本発明の物質には、適当な補助剤が含まれていてもよいが、そのようなものとしてはたとえば、促進剤、禁止剤、吸収剤、安定剤、顔料、染料、粘度調節剤、表面張力抑制剤およびぬれ剤、抗酸化剤、およびその他当業者公知のものがある。
歯科用材料における各成分の量とタイプは、重合前および後に、所望の物理的性質および取り扱い性を与えるように調節しなければならない。たとえば歯科用材料の、重合速度、重合安定性、流動性、圧縮強度、引張強さおよび耐久性は典型的には、一部分は重合開始剤(単一または複数)のタイプと量を変更することによって、また、充填剤を使用する場合にはその充填剤(単一または複数)の充填量および粒径分布によって調節する。そのような調節は、従来技術の歯科用材料に関する経験に基づいて、経験的に行うのが普通である。
この歯科用材料を歯に適用する際、場合によっては、その歯をプライマー、たとえば当業者公知の象牙質またはエナメル質用接着剤を用いて、前処理しておくことができる。
本発明を以下の実施例を参照しながらさらに説明するが、それらは単に説明するためのものであり、いかなる点においても本発明を限定するものではないことを理解されたい。
エポキシ樹脂物質の第1のストック樹脂溶液(マトリックス1)を調製したが、それには、0.50gのカンファーキノン(CPQ)、1.50gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウム(DPISbF6)および98.00gのUVR6105シクロ脂肪族ジエポキシド(コネチカット州ダンベリー(Danbury、CN)のユニオン・カーバイド(Union Carbide)製)を組合せ、遮光下で撹拌して均一にした。UVR6105は次式で表されるシクロ脂肪族ジエポキシドである:
Figure 0004430397
さらに、第2のストック樹脂溶液(マトリックス2)を、以下のものを遮光下で撹拌することにより調製した:0.50gのCPQ、2.00gのメチル−イソプロピル−ジフェニルヨードニウム−テトラキスペンタフルオロフェニルホウ酸塩(ロードルシル(Rhodorsil)PI2074、仏国、ローヌ・プーラン(Rhone−Poulenc)製)、48.75gの3,4−エポキシシクロヘキシル−メチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(サイラキュア(Cyracure)UVR6105、コネチカット州ダンベリー(Danbury、CN)のユニオン・カーバイド(Union Carbide)製)および48.75gの1,3,5,7−テトラキス(2,1−エタンジイル−3,4−エポキシシクロヘキシル)−1,3,5,7−テトラメチルシクロ−テトラシロキサンと1,3,5,7,9−ペンタキス(2,1−エタンジイル−3,4−エポキシシクロヘキシル)−1,3,5,7,9−ペンタメチルシクロペンタシロキサンとの混合物((特許文献14)に従い合成、ビニルシクロヘキセンと、1,3,5,7−テトラメチルシクロ−テトラシロキサンおよび1,3,5,7,9−ペンタメチルシクロペンタシロキサンの混合物(混合比60:40、独国カールスルーエ(Karlsruhe、Germany)のABCRより購入)とを、白金触媒によりヒドロシリレーション反応させた)。
各種の多環式芳香族電子供与体化合物と比較化合物(試験化合物)についてそれらの光誘起電位を評価した。化合物の光誘起電位を評価するために、0.50gのCPQと3.00gのDPISbF6をねじ蓋付き250mLのポリエチレンビンに移すことによってストック重合開始剤溶液を調製した。200gの2−ブタノン(99.5+%)を、そのポリエチレンビンに加え、その内容物を混合して均一にした。得られた溶液には、約2.9×10-5モルDPISbF6/(g、ストック重合開始剤溶液)、および1.5×10-5モルCPQ/(g、ストック重合開始剤溶液)が含まれていた。電子供与体化合物について、2.9×10-5モル電子供与体化合物/(g、ストック重合開始剤溶液)の濃度で評価した。試験サンプルは、1.16×10-4モルの電子供与体化合物を13mLのガラスバイアルに移し、それに4.0gのストック重合開始剤溶液を添加することにより調製した。バイアルに蓋をして激しく振盪し内容物を均一にした。次いで試験サンプルを、以下の手順に従って、相対電位を評価した。
セミミクロ複合pH電極(コーニング(Corning)モデル476540)を、ミリボルト読み取り可能なpHメーター(ベックマン(Beckman)ΦP/N123133)に接続した。この評価においては、ストック重合開始剤溶液をミリボルト標準として使用した。4gのストック重合開始剤溶液を、ミクロマグネチックスターラーバーを入れた13mLガラスバイアルに移した。そのサンプルをマグネチックスターラーの上に置き、サンプルを穏やかに撹拌させた。電極を水、次いでエタノールで洗い流してから、紙タオルで完全に乾燥させた。電極をそのストック重合開始剤溶液の中に浸漬させ、ミリボルトの読みを、0.00mVとなるように較正した。その電極を抜き出し、(電子供与体または比較化合物を含む)サンプルを、波長400〜500nmで強度約200mW/cm2のビジルックス(VISILUX)歯科用硬化光源を用いて、ライトガイドのチップがバイアルの底部中央に直接照射されるように置いて、10秒間照射した。照射後、サンプルに蓋をして約5秒間振盪して完全に混合させた。電極を水洗いし、エタノールで完全にきれいにし、ぬぐい取って乾かしてから、その照射した溶液の中に浸漬させた。pHメーターのmVボタンを、読みが安定するまで押し続けて、対照に対する相対的なミリボルトを読み取った。各種の試験サンプルについて、上記の方法を繰り返した。電極は、それぞれの試験の前に、先に述べた方法に従って、未照射のストック重合開始剤溶液を用いて較正した。得られた光誘起電位を、試験した電子供与体および比較化合物の量(4gのストック重合開始剤溶液あたりの電子供与体化合物のg数)と共に、表1に示す。
電子供与体および比較化合物について、2種の前述のストック樹脂溶液(マトリックス1およびマトリックス2)の内の1種の重合速度に対するそれらの効果を評価した。2.9×10-5モルのそれぞれの候補電子供与体化合物を1ドラムのガラスバイアルに移し、それに1滴のジクロロメタン溶媒と1.0gのそれぞれのストック樹脂溶液を加えることで、約1gのサンプルを調製した。その内容物を混合して均一とした。それぞれのサンプルをゲル化時間を測定するために、直径6mmで厚み2.5mmの、ポリエステルフィルムを底面に直接接するようにとめたテフロン(Teflon、(商標))型の中にその溶液を移した。このサンプルを、ビジルックス(VISILUX)2歯科用硬化光源のライトガイドの下10mmの距離に直接置いた。サンプルに最長で120秒間まで照射して、プラスチック製のプローブで表面をつつきながら、固くタックフリーな表面になるまで観察し、ハードゲル化時間を求めた。ゲル化時間の結果を表2a(マトリックス1ストック樹脂溶液)と2b(マトリックス2ストック樹脂溶液)に示したが、試験した電子供与体と比較化合物の量(1gのそれぞれのストック樹脂溶液あたりの電子供与体化合物のg数)も併せて示した。表2aおよび2bにはさらに、計算上の分子量(MW)値と、各種電子供与体および比較化合物についての公表されている酸化電位(Eox)の値((非特許文献3)に報告されている)を示した。前に「C」が付いているサンプル番号は、比較サンプルであることを示している。
Figure 0004430397
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表1、2aおよび2bのデータから、各種の多環式芳香族電子供与体化合物が、可視光線増感剤(たとえば、CPQ)およびヨードニウム塩(たとえば、DPISbF6)の存在下では、カチオン重合性樹脂(たとえば、エポキシ樹脂)の重合速度を上げることが可能であることが判る。驚くべきことには、これらの多環式芳香族電子供与体化合物は、3−ジメチルアミノ安息香酸よりは低い光誘起電位を有していながら、非常に低い濃度においてさえ、(ゲル化時間が短くなったことから判るように)重合速度を著しく加速していることを示している。これらの電子供与体化合物は、可視スペクトル中で低吸光度であるかどうかは別にして、歯科用材料として高い有用性を有する組成物を提供することが可能である。
実施例2においては、本発明の実施における、電子供与体化合物としてのカルバゾール化合物の使用について評価した。より具体的には、電子供与体化合物のN−メチルカルバゾールについて、その光誘起電位と、実施例1に関して記載したようなエポキシ樹脂の重合速度への効果を調べた。それらの結果を表3および4に示す。
Figure 0004430397
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表3および4のデータから、カルバゾール化合物(たとえばN−メチルカルバゾール)は、3−ジメチルアミノ安息香酸よりは低い光誘起電位を有しながらも、可視光線増感剤(たとえば、CPQ)およびヨードニウム塩(たとえば、DPISbF6)の存在下で、カチオン重合性樹脂(たとえば、エポキシ樹脂)の重合速度を上昇させるための効果的な電子供与体化合物として使用可能であることが判る。
遮光下で以下の成分を混合することによって、歯科用充填物質を調製した:0.05gCPQ;表5に示した量の電子供与体;0.3gのメチル−イソプロピル−ジフェニルヨードニウム−テトラキスペンタフルオロフェニルホウ酸塩(ロードルシル(Rhodorsil)PI2074);4.6gの3,4−エポキシシクロヘキシル−メチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(サイラキュア(Cyracure)UVR6105);4.6gの1,3,5,7−テトラキス(2,1−エタンジイル−3,4−エポキシシクロヘキシル)−1,3,5,7−テトラメチルシクロ−テトラシロキサンと1,3,5,7,9−ペンタキス(2,1−エタンジイル−3,4−エポキシシクロヘキシル)−1,3,5,7,9−ペンタメチルシクロペンタシロキサンとの混合物((特許文献14)に従い合成、ビニルシクロヘキセンと、1,3,5,7−テトラメチルシクロ−テトラシロキサンおよび1,3,5,7,9−ペンタメチルシクロペンタシロキサンの混合物(混合比60:40、独国カールスルーエ(Karlsruhe、Germany)のABCRより購入)とを、白金触媒によりヒドロシリレーション反応させた);および0.3gの平均分子量250のポリテトラヒドロフラン(シグマ・アルドリッチ(Sigma Aldrich)製)。こうして得られた溶液を30.0gの石英充填剤(シラン化;粒径1ミクロン未満)と混合して、高粘度のペーストを得た。そのペーストを、ISO4049に従って、標準モードで操作したエリパール・トライライト(ELIPAR Trilight)歯科用硬化装置を用いて硬化させた。得られた固い物質について、ISO4049に従って曲げ強さ(FS)と弾性モジュラス(EM)を試験したが、その結果を表5に示す。
Figure 0004430397
表5に示したデータから、多環式芳香族電子供与体化合物(たとえば、アントラセンまたはビフェニレン)を含むコンポジットは、電子供与体化合物なしで重合させた比較のための組成物に比較すると、より優れた硬化後の(すなわち、後重合による)物理的性質を有していることがわかる。このデータからさらに判ることは、電子供与体化合物のアントラセンおよびビフェニレンを含む重合性組成物は、電子供与体化合物のエチル4−ジメチルアミノベンゾエート(このものは、3−ジメチルアミノ安息香酸よりも高い光誘起電位を有するシステムを形成する)を含む比較組成物に比較して、より低い有効濃度でもやや改良された硬化物物性を与えている、ということである。
これまでの記載、実施例およびデータは、本発明の組成物の製造および使用、および方法についての完全な記載を提供している。本発明の多くの実施態様は、本発明の精神と範囲を逸脱することなく実施することが可能であるので、本発明は以下に添付した特許請求の範囲の中にあるものとする。

Claims (5)

  1. カチオン重合性樹脂のための光開始剤システムであって:
    (a)ヨードニウム塩;
    (b)可視光線増感剤;および
    (c)飽和カロメル電極を基準に測定したときに、0よりは高く、1,4−ジメトキシベンゼンの酸化電位よりは低い酸化電位を有する電子供与体化合物;
    を含み、
    ここで、前記光開始剤システムが、2−ブタノン中に2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウムおよび1.5×10-5モル/gのカンファーキノンを含む標準溶液中の3−ジメチルアミノ安息香酸の光誘起電位よりは低い光誘起電位を有している、光開始剤システム。
  2. 光重合性歯科用材料であって:
    (a)エポキシ樹脂;および
    (b)前記エポキシ樹脂のための光開始剤システム
    を含み、前記光開始剤システムは:
    (i)ヨードニウム塩;
    (ii)可視光線増感剤;および
    (iii)飽和カロメル電極を基準に測定したときに、0よりは高く、1,4−ジメトキシベンゼンの酸化電位よりは低い酸化電位を有する多環式芳香族電子供与体化合物;
    を含み、
    ここで、前記光開始剤システムが、2−ブタノン中に2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウムおよび1.5×10-5モル/gのカンファーキノンを含む標準溶液中の3−ジメチルアミノ安息香酸の光誘起電位よりは低い光誘起電位を有している、光重合性歯科用材料。
  3. 光重合性歯科用材料であって:
    (a)エポキシ樹脂;および
    (b)前記エポキシ樹脂のための光開始剤システムを含み、前記光開始剤システムは:
    (i)ヨードニウム塩;
    (ii)可視光線増感剤;および
    (iii)飽和カロメル電極を基準に測定したときに、0よりは高く、1,4−ジメトキシベンゼンの酸化電位よりは低い酸化電位を有するN−アルキルカルバゾール電子供与体化合物;
    を含み、
    ここで、前記光開始剤システムが、2−ブタノン中に2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウムおよび1.5×10-5モル/gのカンファーキノンを含む標準溶液中の3−ジメチルアミノ安息香酸の光誘起電位よりは低い光誘起電位を有している、光重合性歯科用材料。
  4. 光重合性歯科用材料であって:
    (a)エポキシ樹脂;および
    (b)前記エポキシ樹脂のための光開始剤システム
    を含み、前記光開始剤システムは:
    (i)ヘキサフルオロリン酸ジアリールヨードニウム、ヘキサフルオロアンチモン酸ジアリールヨードニウム、ヘキサフルオロアンチモン酸4−オクチルオキシフェニルフェニルヨードニウム、ヘキサフルオロアンチモン酸4−(2−ヒドロキシテトラデシルオキシフェニル)フェニルヨードニウム、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸4−(1−メチルエチル)フェニル4−メチルフェニルヨードニウム、およびそれらの組合せからなる群より選択されるヨードニウム塩;
    (ii)アルファ−ジケトン可視光線増感剤;および
    (iii)ビフェニレン、アントラセン、9−メチルアントラセン、9−ビニルアントラセン、9−フェニルアントラセン、9,10−ジフェニルアントラセン、9,10−ジメチルアントラセン、2−エチルアントラセン、アセナフテン、ピレン、ペンタセン、デカシクレン、アズレン、7,12−ジメチル−1,2−ベンズアントラセン、1,2−ベンズアントラセン、1,4−ジメチルナフタレン、2,3,5−トリメチルナフタレン、N−メチルカルバゾール、およびそれらの組合せからなる群より選択される電子供与体化合物;
    を含み、
    ここで、前記光開始剤システムが、2−ブタノン中に2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウムおよび1.5×10-5モル/gのカンファーキノンを含む標準溶液中の3−ジメチルアミノ安息香酸の光誘起電位よりは低い光誘起電位を有している、光重合性歯科用材料。
  5. カチオン重合性樹脂を重合させるのに必要な時間を短縮させる方法であって、前記方法は:
    (a)カチオン重合性樹脂を提供する工程と;
    (b)前記カチオン重合性樹脂のための光開始剤システムを提供する工程であって、前記光開始剤システムが:
    (i)ヨードニウム塩;
    (ii)可視光線増感剤;および
    (iii)飽和カロメル電極を基準に測定したときに、0よりは高く、1,4−ジメトキシベンゼンの酸化電位よりは低い酸化電位を有する電子供与体化合物;
    を含み、
    ここで、前記光開始剤システムが、2−ブタノン中に2.9×10-5モル/gのヘキサフルオロアンチモン酸ジフェニルヨードニウムおよび1.5×10-5モル/gのカンファーキノンを含む標準溶液中の3−ジメチルアミノ安息香酸の光誘起電位よりは低い光誘起電位を有している、工程と、
    (c)前記カチオン重合性樹脂と前記光開始剤システムとを組み合わせて重合性混合物を得る工程と;
    (d)前記重合性混合物を、前記光開始剤システムに反応性を与える波長と強度を有する光源に、前記重合性混合物が硬度のあるタックフリーな状態になるまでの時間暴露させる工程であって、
    ここで、前記重合性混合物が硬度のあるタックフリーな状態になるまでの時間が、同一の重合性混合物であるが前記電子供与体化合物を含まないものを同じ光源に暴露させたときに同じような硬度のあるタックフリーな状態に達するのに必要な時間よりも短い、工程と、
    を含む方法。
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