JP6076947B2 - 硬化性二部型アクリル系組成物及びその生成方法 - Google Patents

硬化性二部型アクリル系組成物及びその生成方法 Download PDF

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Description

本発明はポリマー組成物に関し、とりわけ、硬化性二部型アクリル系組成物、前記二部型硬化性組成物のポリマー成分、および前記二部型組成物のポリマー成分を生成する方法に関するが、それらに限られるものではない。
アクリルポリマーおよびモノマーを混合することにより形成される硬化性組成物は、広範囲の用途に有用である。特に、そのような材料が40年以上も使用されてきている歯科、医療、接着剤および建築の用途において有用性が認められている。
歯科用途としては、義歯床、義歯床プレート、義歯裏装材、義歯修理、カスタムトレー、歯冠の被せ物および架工義歯、人工歯、天然歯に対する被覆および修復、歯修復充填物が挙げられる。
医療用途としては、それらの骨セメントとしての使用が挙げられる。骨セメントは、一般に、骨空洞の充填において、とりわけ、人口装具用セメント、頭蓋用セメント、椎体形成における椎体用セメントとして応用され、また体外で硬化した後に体内に導入することができる造形品の製造において応用される。
接着剤および建築の用途としては、接合、セメンティング、ギャップ充填、および多孔性材料の形成におけるそれらの使用のような多数の用途が挙げられる。
硬化性アクリル系組成物は、一般に、固体成分と、液体成分とから構成される。固体成分は、ポリマー粒子と、適当な場合には、重合開始剤および触媒、充填材、並びに染料のようなさらなる添加物とから形成された粉末を含有する。液体成分は、液体の1種または複数のモノマーと、促進剤および安定剤のようなさらなる添加物とを含有する。使用の準備が完了したら、固体成分と液体成分とを混合して液体または半固体ペーストを形成する。その液体または半固体ペーストは、重合開始剤および促進剤の作用下で、粘度が増大し、固体に硬化する。
典型的に用いられる固体成分は、ポリ(メタクリル酸メチル)(PMMA)の小さな球形ビーズ(通常、直径約20〜150μm(20〜150ミクロン))と、通常はPMMAビーズ内に封入されているが、独立した成分として添加することもできる過酸化ジベンゾイル(BPO)のような少量の重合開始剤とから成る。液体成分は、通常、モノマーであり、典型的にはメタクリル酸メチル(MMA)である。前記モノマーはまた、N,N−ジメチル−p−トルイジン(第三級アミン)(DMPT)のような重合活性化剤と、モノマーが自発的に重合するのを防止するヒドロキノン(HQ)のような阻害剤とを含有し得る。
固体成分と液体成分とが混合されると、前記ポリマー粒子はモノマーによって濡らされ、溶媒和され、溶解し始める。溶媒和されたポリマー粒子は、モノマー中に過酸化ジベンゾイル開始剤を放出する。前記開始剤は、活性化剤が存在する場合には活性化剤と相互作用して、ラジカルを生成し、そのラジカルがモノマーと反応してモノマーの室温付加重合を開始する。前記混合物は、比較的低粘度から始まって、次第により堅い系に進行して、最終的には完全に硬化する。
混合物のこの絶えず変化する粘度は、餅状化時間、可使時間、および硬化時間によって特徴付けられる。餅状化時間(dough time)は、混合の開始後、混合物が、ポリプロピレン混合ビーカーの壁に張り付いたり付着したりせず、スパチュラを用いて1個として取り出すことができる、餅状(dough−like)の塊に達するまでの時間の長さであると見なされる。硬化時間は、餅状物(dough)をソーセージ形状に形成し、それを時折硬い表面に軽く打ち付けることにより判定される。硬化時間(set time)は、混合の開始から、その混合物が、硬い表面に軽く打ちつけたときに変形せず、かつ生じる音に顕著な変化を示す硬い塊に変換される時点までの時間であると見なされる。可使時間(work time)は、時折二片の餅状物をそっと一緒にまとめて、それらを引き離すことにより判定される。二片の餅状物が、もはやくっつかない時間が示される。可使時間は、混合開始から二片の餅状物がくっつかなくなるまでに掛かる時間から餅状化時間を引くことにより計算される。
餅状化時間、可使時間および硬化時間は、硬化性組成物がどのように使用されるかを決定する、非常に重要なパラメーターである。室温で硬化可能な組成物(いわゆる「自然加硫」または「自然乾燥」系)は、典型的には4〜10分間である餅状化時間と、典型的には10〜25分間である硬化時間とを有する。可使時間は、操作者が所望の方法で、例えば義歯床製造のために歯型に圧入するため、または股関節修復または置換の間に骨空洞内に圧入するため、または脊髄手術中に脊椎の空洞内に注入するため、または工業的セメンティング作業中に間隙または空洞の中に押し込むために、餅状物を扱うことができる時間期間を効果的に定義する。操作者が利用可能な可使時間を最大限にするという明らかな要望が存在する。これは、硬化時間はセメンティングまたは固定作業の終了点を定義するので、硬化時間を増大することなく、理想的に達成されなければならない。従って、これは餅状化時間の短縮に着目する。餅状化時間は、固体成分と液体成分との組み合わせが混合直後に粘度を上昇する速度によって判定され、ポリマービーズ粒径および形状、ポリマー分子量およびポリマー組成のような多数の要因によって制御される。
特許文献1(ニエ(Nies)ら)は、PMMAビーズおよび顆粒の混合物を処理するためのビーズミルの使用について記載している。結果として生じたポリマー混合物は、次いで液体成分と撹拌されて、約2分後に餅状化する組成物を生じる。
特許文献2(ハイアム(Higham)およびヒー(He))は、骨セメントの液体成分と混合した後に、未粉砕のビーズと比較して短縮された餅状化時間を示す、粉砕PMMAまたはPMMAコポリマービーズを生成するためのボールミルまたはジェットミルの使用を教示している。
特許文献3(セイデル(Seidel)ら)は、固体成分としてPMMAおよびポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリラート(PHEMA)の混合物と、液体成分としてMMAおよび/または2−ヒドロキシエチルメタクリラート(HEMA)との混合物に基づいた、急速餅状化自己硬化性組成物(fast doughing self−curing compositions)を記載している。最短2分の餅状化時間および少なくとも6分の可使時間が記載されている。
特許文献4(ベイアー(Beyar)ら)は、モノマー成分とポリマー成分との混合後180秒以内に少なくとも500パスカル秒の粘度に達し、少なくとも5分の可使時間帯(working window)に到達する急速餅状化骨セメント組成物を記載している。前記特性は異なる粒度分布のビーズの使用によって得られると述べられている。直径20μm(20ミクロン)未満のビーズは、モノマー液による急速な濡れを促進し、粘稠状態への急速な移行に寄与すると述べられている。
骨セメントの流動学的性質に対するPMMAビーズ大きさの影響は、非特許文献1によって検討されている。著者らは、「小さなビーズの画分の増大により…、粘度増加の発現がより早く現われる。これは、重合塊の粘度の増大をもたらす、最小PMMAビーズ(<20ミクロン)の溶媒和による。」と述べている。また、「結論として、異なる大きさのビーズの混合により、最適な流動学的性質を備えた注入可能な骨セメントを得ることが実現可能であると言うことができる」。
アクリル系骨セメントの流動学的性質がPMMAビーズ粒径によってどのように影響を受けるかについて記載している別の論文は、非特許文献2である。著者らは、流動学的性質に強く影響を及ぼす要因の1つは小型のPMMAビーズ(0〜40μm(0〜40ミクロン)の平均径)の相対量であると結論付けている。
熱硬化歯科用樹脂の餅状化時間に関する研究(非特許文献3)は、「....短い餅状化時間の概念は、相当数の小さなビーズの存在に依存する」と結論付けている。小さなビーズの粒径は、D<20μm(20ミクロン)と考えられる。
上記の説明から、短い餅状化時間を達成する最も一般的に記載されている方法は、PMMAポリマー粒子を粉砕に供するか、または有意な割合の直径<20μm(20ミクロン)のPMMAポリマー粒子を硬化性組成物の固体成分中に故意に組み込むことであることが理解され得る。製粉工程は、一度に粉砕することができるビーズの量が限られるという不都合を有し、これは相当量の材料が含まれる場合には、長い製造時間をもたらす。加えて、バッチ間の再現性、バッチ間におけるミルの洗浄、およびかなりの加工および手作業の間の汚染物質の導入の問題を克服する必要がある。固体成分中における<20μm(20ミクロン)径PMMAポリマー粒子の相対量の制御は簡単ではない。硬化性組成物に用いられるPMMAビーズは、一般に、懸濁重合プロセスまたは分散重合プロセスによって生成される。これは液相中、通常は水中に分散したMMAモノマー滴を重合して、固体球形ビーズを形成することを伴う。前記ビーズは、次いで、濾過工程によって液相から分離され、分散剤を除去するために洗浄され、乾燥され、次いで篩にかけられる。しかしながら、<20μm(20ミクロン)径の粒子は濾過および洗浄することが比較的困難であり、長く、かつ困難である場合が多い処理時間を伴う。
有意な割合の小さな(<20μm(20ミクロン)の径の)PMMAポリマー粒子を収集する代替手段は、従来通りに調製された懸濁重合スラリーから最小粒径画分を分離する篩分けプロセスの使用である。しかしながら、その収率は比較的低く、篩分け時間が長く、また、篩の上に残ったかなり大量のより粗い粒径の材料をどう処理するかという問題が残る。
有意な割合の小さな(<20μm(20ミクロン)の径の)PMMAポリマー粒子の生成に対する別のアプローチは、従来通りに生成した材料のビーズを、例えば粉砕、摩砕、破砕などによって砕く機械的方法を用いることである。しかしながら、PMMAビーズは比較的硬質であるため、小さな(<20μm(20ミクロン)の径の)PMMAポリマー粒子の割合を有意に増大させるためには、通常、長い処理時間(典型的には、ボールミル粉砕に>24時間)が必要とされる。加えて、そのようなプロセスのバッチ間の再現性は全く不十分であり、所望の粒径分布を達成するためには、時として、例えば篩分けまたは混和によるような反応生成物のさらなる処理を必要とする場合がある。
これは、PMMAの直径<20μm(20ミクロン)の粒子の有意な割合での商業生産を、高価で、時に冗長で、かつ信頼性の低い事業にする。
米国特許第5,650,108号明細書 米国特許出願公開第2007/0213425A1号明細書 米国特許第4,268,639号明細書 米国特許出願公開第2007/0032567A1号明細書
ヘルナンデス、エル.(Hernandez,L.);ゴニ、エル.(Goni,L);グルッチャガ、エム.(Gurruchaga,M.)、「Effect of size of pmma beads on setting parameters and rheological properties of injectable bone cements」、第7回世界生体材料会議−議事録、シドニー、オーストラリア、2004年5月17日〜2004年5月21日、第740頁 ルイス ジー.(Lewis G.)およびキャロル エム.(Carroll M)、J Biomed Mater Res(Appl Biomater)63:第191〜第199頁、2002年 マッケーブ、ジェイ.エフ.(McCabe,J.F.)、スペンス ディ.(Spence D.)およびウィルソン エイチ.ジェイ.(Wilson H.J.)、Journal of Oral Rehabilitation、1975年 第2巻、第199〜207頁
本発明の目的は、上記の問題の1つ以上を回避する硬化性二部型アクリル系組成物を提供することにある。
上記した課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、アクリルポリマー組成物の第1部分と、アクリルモノマー組成物の第2部分とを含有する硬化性二部型アクリル系組成物であって、アクリルポリマー組成物は第1種類のアクリルポリマー粒子を含有し、第1種類のアクリルポリマー粒子の各々は、合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されており、合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織は多孔性アクリルポリマー粒子を形成し、アクリルポリマー組成物は少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子も含有し、少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子はポリマービーズであり、かつ合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されている第1種類のアクリルポリマー粒子は1〜300μmの平均粒径を有することを特徴とする、硬化性二部型アクリル系組成物、を提供する。
独立請求項14に記載の発明は、アクリルポリマー組成物の第1部分と、アクリルモノマー組成物の第2部分とを含有する硬化性二部型アクリル系組成物であって、アクリルポリマー組成物は少なくとも第1種類のアクリルポリマー粒子を含有し、第1種類のアクリルポリマー粒子の各々は、合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されている微孔性のアクリルポリマー粒子であり、かつ合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されている第1種類のアクリルポリマー粒子は1〜300μmの平均粒径を有し、アクリルポリマー組成物は少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子も含有し、少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子はポリマービーズである、硬化性二部型アクリル系組成物、を提供する。
独立請求項15に記載の発明は、アクリルポリマー組成物の第1部分と、アクリルモノマー組成物の第2部分とを含有する硬化性二部型アクリル系組成物であって、アクリルポリマー組成物は、10〜2000nmのZ平均粒径の乳化重合アクリル酸微粒子を含有し、アクリルポリマー組成物はアクリルポリマー粒子を含有し、アクリルポリマー粒子の各々は、合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されている微孔性のアクリルポリマー粒子であり、かつ合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されているアクリルポリマー粒子は1〜300μmの平均粒径を有し、アクリルポリマー組成物は少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子も含有し、少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子はポリマービーズである、硬化性二部型アクリル系組成物、を提供する。
本発明の第1態様によれば、アクリルポリマー組成物の第1部分と、アクリルモノマー組成物の第2部分とを含有する、硬化性二部型アクリル系組成物が提供される。前記アクリルポリマー組成物は第1種類のアクリルポリマー粒子を含有し、その第1種類のアクリルポリマー粒子は、各第1種類のアクリルポリマー粒子が合体した(coalesced)乳化重合されたアクリル酸微粒子の網状組織から形成されていることを特徴とする。
合体とは、個々の微粒子が完全に融合することを意味するわけではなく、個々の微粒子はより大きな第1種類の粒子を形成するために十分に接合していることを意味する。典型的には、微粒子は緊密に接触しているが、個々の性質も保持している。
好ましくは、前記アクリルポリマー組成物はまた、少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子を含有する。好ましくは、前記少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子はポリマービーズである。そのようなビーズは、合体した乳化重合微粒子の網状組織から形成されるのではなく、好ましくは、従来の高分子加工によって生成される。そのようなポリマービーズは、アクリルポリマー組成物の分野においては当業者によく知られており、例えば、バルク重合、溶液重合、または懸濁重合によって製造され得る。典型的には、前記ビーズは懸濁重合によって製造される。前記アクリルポリマー組成物中には2種以上のさらなる種類のアクリルポリマー粒子が存在してもよく、それらの種類の粒子は、平均粒径および/または分子量によって互いに識別される。例えば、2種、3種、または4種のそのようなさらなる種類のアクリルポリマー粒子が存在してもよい。
本願に用いられるビーズという用語は、他に示されない限り、限定的に解釈されるものではではなく、任意の適当な大きさ、形状および表面性状の個別ポリマー粒子を指す。
典型的には、第1種類のポリマー粒子、および存在する場合にはさらなる種類のポリマー粒子の合計は、アクリルポリマー組成物中に存在するポリマーの少なくとも98%、より好ましくは少なくとも99%、最も好ましくは、アクリルポリマー組成物中に存在するポリマーの約100%を形成する。第1種類のポリマー粒子、および存在する場合にはさらなる種類のポリマー粒子の合計は、典型的にはアクリルポリマー組成物の50〜99.9%w/w、より好ましくは60〜97.5%w/w、最も好ましくは65〜94.5%w/wを形成する。残部は、一般に、充填材、染料、触媒および開始剤から構成されるが、残留乳化剤も存在し得る。
典型的には、アクリルポリマー組成物中における充填材の含量は、アクリルポリマー組成物の0〜49.9%w/wであり、より好ましくは2〜39.9%w/wであり、最も好ましくは5〜34.9%w/wである。残留物であるか、または添加された未反応開始剤のアクリルポリマー組成物中の総含量は、典型的にはアクリルポリマー組成物の0.1〜5%w/wであり、好ましくは0.2〜4%w/wであり、より好ましくは0.4〜3.5%のw/wである。
開始剤は、アクリルポリマー組成物を形成する第1種類のポリマー粒子中と、存在する場合には、さらなる種類のポリマー粒子中との双方に存在してもよい。第1種類のポリマー粒子中、および存在する場合には、さらなる種類のポリマー粒子中の開始剤は、前記粒子の形成に用いられた残りの量の未反応開始剤であり、従って、過剰な量の開始剤に相当するものである。いくつかの開始剤は、これに代わって、またはこれに加えて、独立した成分として二部型組成物に加えることができる。前記乳化重合アクリル酸微粒子中、第2部分との反応の前に存在する残留開始剤の含量は、典型的には乳化重合アクリル酸微粒子の0.001〜10%w/wであり、好ましくは0.1〜5%w/wであり、より好ましくは0.1〜3%w/wである。これに代わって、開始剤の含量は、好ましくは0.1〜6%w/wであり、より好ましくは0.1〜5%w/wである。
好ましくは、本発明のより大きなアクリルポリマー粒子を構成するために合体した網状組織を形成する乳化重合微粒子のZ平均粒径は、モールヴァン ゼータサイザー ナノシリーズ エス粒径分析器(Malvern Zetasizer nano series S particle size analyzer)を用いた光散乱による測定で(測定キュベット中で1mLの脱イオン化水に1滴のエマルションを添加し、試験試料を25℃で平衡させ、機器によって提供されるソフトウェアを用いてZ平均粒径を測定)、2000nm未満であり、より好ましくは1000nm未満であり、最も好ましくは800nm未満であり、特に500nm未満である。乳化重合微粒子の好ましいZ平均粒径の範囲は、上記のようにモールヴァン ゼータサイザーを用いた光散乱による測定で、10〜2000nmであり、より好ましくは20〜1000nmであり、最も好ましくは50〜500nmであり、特に150〜450nmである。
典型的には、乳化重合微粒子は、一段階または多段階の、すなわち、所謂コア/シェル微粒子である。この点に関して、シード、コアおよびシェルを形成するために、メタクリル酸メチルのような単一のモノマーを用いることが適当であり得る。この場合、特にシード、コアおよびシェルの組成および分子量が同一になるように設計されている場合には、当業者に既知の標準的な一段階乳化重合技術が実施され得る。しかしながら、それらの構造、特にそれらの組成、粒径および分子量に対していくらかの制御を示すエマルション粒子を得るためには、多段階コア−シェル乳化重合法を用いることが望ましい。
乳化重合によってコアシェル粒子を製造するためには、さらなる成長、すなわちポリマーコア、次いでシェルを生成するための核として次に作用するシード粒子を最初に形成する広く使用されている方法を用いることが好都合である。その概念は、ヴィー.エル.ディモニー(V.L.Dimonie)ら、「Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers」、ピー.エイ.ラヴェル(P.A. Lovell)およびエム.エス.エルアサール(M.S. El−Aasser)編集、ジョン ワイリー アンド サンズ リミテッド(John Wiley & Sons Ltd)、第9章、第294〜326頁(1997年)によってより詳細に記載されている。シード粒子は、乳化剤を使用しない手法(すなわち過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウムまたは過硫酸アンモニウムのようなイオン性の水溶性開始剤の使用に起因する粒子の安定化)、または乳化剤の使用のいずれかにより、形成され安定化させられ得る。一旦シード粒子が形成されると、さらなるアリコートのモノマーおよび開始剤の逐次付加からコアおよびシェルが形成される。
特に好ましい実施形態において、エマルション微粒子は、それらのポリマーマトリックス中に開始剤を取り込む。従って、この実施形態では、開始剤は、本発明の第1種類のポリマー粒子に独立して添加されない。
有利には、硬化性組成物用開始剤は、一部の開始剤はエマルション粒子の重合に用いられ得るが、エマルション粒子が形成するにつれて過剰な開始剤はポリマーマトリックス中に取り込まれるように、微粒子の乳化重合の間に過剰な開始剤として加えることができる。続いて、モノマーによる濡れおよび溶解の後、開始剤は放出され、硬化段階を開始することができる。コア/シェル粒子において、開始剤は、好ましくは外側シェル中に、すなわち多段階乳化重合プロセスの最終段階の間に、取り込まれ、従って、過剰な開始剤は、最終シェル重合段階において使用される。第1種類またはさらなる種類のポリマー粒子の重合の間に、2種以上の開始剤を用いてもよい。多数の開始剤の場合には、開始剤のうち1つは、重合において実質的に使い果たされ、第2の開始剤は、第2の開始剤の過剰量が前記粒子に取り込まれるように、過剰であり、一部のみが使用されることが有益である。この手順は、より短い半減期の開始剤(すなわち所定の温度および反応媒体において、より高い分解速度を有する開始剤)が優先的に使い果たされるように、異なる半減期を有する開始剤によって支援され得る。さらに、より高い温度を用いるほど、第1開始剤の存在下で完了まで重合を推進することができ、一方、より低い温度を用いるほど、残留開始剤として意図した第2開始剤の存在下におけるモノマーの重合を妨げることができる。しかしながら、粒子内に開始剤を取り込むためには、第2開始剤の存在下においてある程度の重合が起こらなければならないので、第2開始剤のうちのいくらかは必然的に使い果たされるであろう。1種またはそれ以上の開始剤が用いられるかに関わらず、残留物として残る開始剤の量は、開始剤の重合条件および反応物への暴露時間と、存在する場合には第1開始剤に対する相対反応性とに依存する。残留開始剤の正確な量は、実験条件に依存し、試行錯誤によって容易に測定することができ、次いで、多数のモノマーおよび開始剤並びにプロセス条件の注意深い制御によって再現可能にすることができることが当業者によって理解されるであろう。また、開始剤を過剰に添加する時間はポリマーの分子量に関連する。重合の際にあまりにも早く添加すると、粒子の分子量は低減されるであろう。従って、特定用途に必要とされる分子量を達成すると同時に、過剰な開始剤が取り込まれるように、必要とされる分子量はまた、開始剤を過剰に添加する時間に影響を及ぼすだろう。
疑問を回避するために、「過剰な開始剤」とは、アクリルポリマー粒子の重合を完了するためには必要とされず、アクリルポリマー粒子の初期の重合が終了した後の後続反応に利用可能である開始剤の部分である。
有利には、合体した乳化重合微粒子の網状組織は、多孔性アクリルポリマー粒子を形成し、より好ましくは微孔性アクリルポリマー粒子を形成する。
本発明において微孔性とは、0.1〜2000nm、より好ましくは1〜1000nm、最も好ましくは10〜500nmの平均孔径を有することを意味する。孔径は、以下の試験方法に従って、走査型電子顕微鏡法(SEM)によって測定され得る。標準的なアルミニウムSEMスタブ上に位置する伝導性自己接着性炭素タブ上にアクリルポリマー粒子の試料をふりかける。SEM機器内で帯電しないようにするために、試料を真空金属化によって金属(Pt)の薄層で被覆する。SEM画像は、日立S4500電界放出SEMを用いて、3kVの加速電圧および20mmの作動距離を用いて得られる。画像化はいくつかの粒子に対して実行され、代表的な画像は異なる倍率で得られる。
典型的には、本発明の第1種類のアクリルポリマー粒子の大きさは、重要であるとは思われないが、エマルション微粒子の大きさを明らかに越えるであろう。典型的には、本発明の第1種類のアクリル粒子は、1〜300μm(1〜300ミクロン)、より典型的には2〜200μm(2〜200ミクロン)、最も典型的には5〜200μm(5〜200ミクロン)、特に5〜150μm(5〜150ミクロン)の平均粒径を有する。しかしながら、本発明の前記粒子の大きさは、それらの構造を構成する乳化重合微粒子ほど重大ではないものと思われる。驚いたことに、硬化性組成物における第1種類のアクリルポリマー粒子の使用は、餅状化時間の低減をもたらす。
典型的には、本発明の第1種類のアクリルポリマー粒子は、液体エマルションを乾燥させて粉末を形成することによって形成される。
エマルションポリマー微粒子を乾燥させる好ましい手段は、噴霧乾燥を用いることである。しかしながら、例えば真空パドルまたは回転乾燥のようなエマルションポリマーを直接乾燥させる他の方法も可能である。加えて、前記エマルションは、イオン性塩(例えば硫酸マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸アルミニウムなど)の使用により、凝固させられ、次いでろ過され、洗浄され、乾燥させられ得る。これらの技術はすべてエマルション微粒子をより大きな粒子に合体させるであろう。驚いたことに、硬化性組成物において、これらのより大きな粒子を使用することにより、餅状化時間を著しく短縮することが分かった。そのように形成された前記粒子の使用がそのような改善をもたらすことは予想されていなかった。エマルション微粒子の合体は、それらの微粒子を完全に融合させず、その代りに、それらの微粒子は接合した粒子の網状組織を形成する。これらの乾燥技術および先の乳化重合は、容易な再現性をもたらして、バッチ間の変動を低減する、微粒子および第1種類の粒子の大きさの非常に注意深い制御を可能にする。
乾燥とは、エマルション微粒子の含水量を、<10%w/wに、より好ましくは<5%w/wに、最も好ましくは<2%w/wに低減することを意味する。
2種以上のアクリルポリマー粒子が存在する場合、異なる種類のポリマー粒子は、典型的には当業者に既知の適当な他のポリマー組成物成分の存在下で混和されて、アクリルポリマー組成物を形成する。そのようなポリマー組成物添加物としては、開始剤、触媒、染料および充填材が挙げられる。
本発明の第1種類のポリマー粒子をさらなるポリマー粒子と混和することは、異なる大きさの粒子を混和するための当業者に知られた任意の適当な技術によって行われ得る。
しかしながら、小さなポリマー粒子とより大きなポリマー粒子とを混和する好ましい手段は、従来のタンブル(tumble)混和法によるものである。また、例えばスクリュー混和およびロール混和のような粉末を混和する他の方法も可能である。
乳化重合を開始させるために用いることができる開始剤は、過硫酸塩(例えばカリウム、ナトリウムまたはアンモニウム)、過酸化物(例えば、過酸化水素、過酸化ジベンゾイル、tert‐ブチルヒドロペルオキシド、tert−アミルヒドロペルオキシド、ジ−(2−エチルヘキシルペルオキシジカルボナートまたは過酸化ラウロイル)、およびアゾ開始剤(例えば4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸))である。
また、開始剤は、硬化プロセスを開始するために、ポリマー組成物中に存在する。上記のエマルション開始剤に加えて、この段階のための特に好ましい開始剤は過酸化ジベンゾイルである。
乳化重合に用いることができる乳化剤は、従来の乳化重合において典型的なものであり、アニオン性乳化剤(例えば、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、スルホコハク酸の二ナトリウムエトキシ化アルコールハーフエステル(disodium ethoxylated alcohol half ester of sulfosuccinic acid)、テトラソジウムN−(1,2−ジカルボキシエチル)−N−オクタデシルスルホスクシナート(tetrasodium N−(1,2−dicarboxy ethyl)−N−octadecyl sulfosuccinate)、硫酸化アルキルフェノールエトキシレートのナトリウム塩、アルカンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウムまたは硫酸ナトリウム2−エチルヘキシル)、非イオン乳化剤(例えばポリエチレングリコールノニルフェニルエーテル、ポリエチレンオキシドオクチルフェニルエーテルまたは二官能性エチレンオキシド/プロピレンオキシドブロックコポリマー)、またはカチオン性乳化剤(例えばヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミドまたはアルキルポリグリコールエーテルアンモニウムメチルクロリド)を含む。アクリルエマルションとの使用に適した反応性もしくは重合性乳化剤または界面活性剤、例えば、ドデシルアリルスルホコハク酸ナトリウム、スチレンソジウムドデシルスルホナートエーテル(styrene sodium dodecylsulfonate ether)、ドデシルソジウムエチルスルホナートメタクリルアミド(dodecyl sodium ethyl sulfonate methacrylamide)、ポリエチレンオキシドまたはエチレンオキシド/プロピレンオキシドブロックコポリマーのメタクリル系マクロモノマーまたはビニルベンジルマクロモノマー、またはメタクリロイルエチルヘキサデシルジメチルアンモニウムブロミドも用いることができる。
好ましくは、結果として生じた乳化重合微粒子のZ平均粒径は、光散乱による測定で、2000nm未満であり、より好ましくは1000nm未満、最も好ましくは800nm未満、特に500nm未満である。乳化重合微粒子のための好ましいZ平均粒径範囲は、光散乱による測定で、10〜2000nmであり、より好ましくは20〜1000nmであり、最も好ましくは50〜500nmであり、特に150〜450nmである。
エマルション微粒子のコアシェル(C:S)比は、典型的には、C:Sで95:5%wt〜C:Sで40:60%wtのであり、より典型的にはC:Sで90:10%wt〜C:Sで50:50%wtであり、好ましくはC:Sで85:15%wt〜C:Sで70:30%wtである。
乾燥前のエマルションの固形分の%wtは、典型的には5〜45%wtであり、より典型的には7.5〜40%wtであり、好ましくは10〜37.5%wtである。
エマルション微粒子の重量平均分子量(Mw)は、典型的には25,000ダルトン〜3,000,000ダルトンであり、より典型的には100,000ダルトン〜1,500,000ダルトンであり、好ましくは250,000〜1000000であり、例えば250,000〜600,000である。分子量は、この目的のために、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定され得る。
乳化剤を用いない乳化重合に用いることができる開始剤としては、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウムまたは過硫酸アンモニウムのようなイオン性の水溶性開始剤が挙げられる。
医療用途および一部の歯科用途において、X線による治療または手術の間にそれを観察することができることができるように、充填材は有利にはX線不透過性充填材である。この目的に適した充填材としては、ポリマー粒子内に封入されているか、または自由であるかのいずれかである硫酸バリウムおよび二酸化ジルコニウムが挙げられる。義歯の製造または工業用途では、代わりに他の充填材が用いられてもよく、これらはそのような分野の当業者には知られているであろう。加えて、充填材の代わりに有機X線不透過性モノマーを用いることができる。これらは、アクリルポリマー粒子のいずれかの中にそれらの製造中に共重合されるか、またはアクリルモノマー組成物に組み込むことができる。典型的な有機X線不透過性モノマーとしては、ハロゲン化メタクリラートまたはアクリラート、例えば2,3−ジブロモプロピルメタクリラート、または2−メタクリロイルオキシエチル−2,3,5−トリヨードベンゾアートが挙げられる。
上記に述べたように、本発明のポリマー組成物はさらなる種類のアクリルポリマー粒子を含有してもよい。
そのようなさらなる粒子の製造法は、一般的に、概して球形のポリマー粒子またはビーズを生成する従来の懸濁重合または分散重合である。しかしながら、例えばバルク重合、または溶媒の蒸発が後続する溶液重合のような他の製造法も可能である。
本願において、アクリルポリマーとは、第1種類アクリルポリマーに関するものであっても、少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマーに関するものであっても、各種類に対して独立して、ポリアルキル(alk)アクリラートまたは(alk)アクリル酸のホモポリマー、または1種以上の他のビニルモノマーとのポリアルキル(alk)アクリラートまたは(alk)アクリル酸のコポリマーを意味する。典型的には、メタクリル酸メチルのホモポリマーまたはメタクリル酸メチルの1つ以上の他のビニルモノマーとのコポリマーが用いられる。他のビニルモノマーとは、メタクリル酸エチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸iso−ブチル、アクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸iso−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、2−エチルヘキシメタクリラート(2−ethylhexy methacrylate)、2−エチルヘキシルアクリラート、メタクリル酸ラウリル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸イソボルニル、メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸、アクリル酸のようなさらなるポリアルキル(alk)アクリラートまたは(alk)アクリル酸;2−ヒドロキシエチルメタクリラート、ヒドロキシプロピルエチルメタクリラート、2−ヒドロキシエチルアクリラート、またはヒドロキシプロピルアクリラートのようなヒドロキシル官能性アクリラート;スチレン、ビニルピロリジノン、ビニルピリジンのようなビニル化合物;およびアリルメタクリラート、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリラート、エチレングリコールジアクリラート、1,4−ブタンジオールジメタクリラート、1,4−ブタンジオールジアクリラート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリラートおよび1,6−ヘキサンジオールジアクリラート、特に融和性のアクリル系架橋性モノマーのような融和性の架橋性モノマーを意味する。
架橋性モノマーを用いて、前記種類のアクリルポリマー粒子のうちの1つを架橋することができる。乳化重合微粒子については、架橋は、コアおよびシェルにおいて行われてもよいし、またはコアのみにおいて、もしくはシェルのみにおいて行なわれてもよい。架橋は、硬化性二部型アクリル系組成物の特性の微調整という目的に役立つ。
本願においてアクリルモノマーとは、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸またはアクリル酸、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸iso−ブチル、アクリル酸t−ブチル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸iso−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、2−エチルヘキシメタクリラート(2−ethylhexy methacrylate)、2−エチルヘキシルアクリラート、メタクリル酸ラウリル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸イソボルニル、メタクリル酸イソボルニルのような任意の適当なアルキル(alk)アクリレートまたは(alk)アクリル酸;2−ヒドロキシエチルメタクリラート、ヒドロキシプロピルエチルメタクリラート、2−ヒドロキシエチルアクリラート、またはヒドロキシプロピルアクリラートのようなヒドロキシル官能性アクリラート;スチレン、ビニルピロリジノン、ビニルピリジンのようなビニル化合物;およびアリルメタクリラート、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリラート、エチレングリコールジアクリラート、1,4−ブタンジオールジメタクリラート、1,4−ブタンジオールジアクリラート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリラートおよび1,6−ヘキサンジオールジアクリラート、特に融和性のアクリル系架橋性モノマーのような融和性の架橋性モノマーを意味する。典型的には、メタクリル酸メチルが用いられる。
本発明のアクリルモノマー組成物は、典型的には、任意でヒドロキノン(HQ)、メチルヒドロキノン(MeHQ)、2,6−ジ−ターシャリ−ブチル−4−メトキシフェノール(Topanol O)および2,4−ジメチル−6−ターシャリ−ブチルフェノール(Topanol A)のような適当な禁止剤を含んだ上記に定義されるような1種以上のモノマーである。前記禁止剤はモノマーが自発的に重合するのを防止するために存在する。N,N−ジメチル−p−トルイジン(DMPT)及びN,N−ジヒドロキシエチル−p−トルイジン(DHEPT)(双方とも第三アミン)、または有機溶媒に可溶な(organic−soluble)遷移金属触媒のような重合活性化剤または促進剤も任意に存在してもよい。活性化剤または促進剤の存在は最終用途に依存する。歯科または骨セメントの用途におけるように「低温硬化」が必要な場合には、通常、促進剤が必要である。しかしながら、工業用途については、「熱硬化」システムにおける熱の使用も可能である。例えば、義歯は熱によって活性化することができる。
本願においてアルキルとは、C〜C18アルキルを意味し、ここでアルキルおよびalkという用語はシクロアルキルおよびヒドロキシル官能性C〜C18アルキルを包含する。本願においてalkとは、C〜Calkを意味する。
本発明の第2態様によれば、アクリルポリマー組成物の第1部分と、アクリルモノマー組成物の第2部分とを含有する硬化性二部型アクリル系組成物が提供される。前記アクリルポリマー組成物はアクリルポリマー粒子を含有し、少なくとも第1種類のアクリルポリマー粒子は微孔性である。
典型的には、上述したように、本発明の第1態様の乳化重合微粒子は、噴霧乾燥、パドル乾燥、炉乾燥または凝固および濾過に続く乾燥によるような、前記粒子のポリマーエマルションの乾燥により合体される。有利には、噴霧乾燥は、噴霧液滴の大きさを適切に変更することにより最終粒径の容易な制御を可能にする。いずれの場合においても、乾燥工程はエマルション粒子を合体させて、エマルション粒子の網状組織を形成し、典型的には多孔性のより大きな粒子を生じる。典型的には、乳化重合粒子は、概して同一平面上において緩い六方最密充填マトリックスに合体し得るが、この場合には、この配置における孔および欠陥により、また微粒子の網状組織の3次元構造により、多孔性マクロ構造が生じることが分かった。乳化重合粒子はまた、より大きな粉末粒子の合体した網状組織内において、より小さなクラスターで、また個々の粒子としても、必然的に存在し得る。しかしながら、ほとんどの粒子は、より大きな粒子中の合体した網状組織の一部として存在する。疑問を避けるために、そのような網状組織の一部を形成しない自由な乳化重合粒子の存在は、本発明による第1種類のアクリルポリマー粒子であるとは見なされず、存在する場合には、単にアクリルポリマー組成物の第1部分中に存在する全部のポリマーの残部の一部を構成するに過ぎない。いずれにせよ、乳化重合粒子の合体した網状組織の存在は、硬化性組成物の餅状化時間の驚くべき低減をもたらす。さらに、前記溶液は餅状化時間に対する非常に有効な制御を提供し、その結果、組成物中の任意のさらなる種類の粒子は必要な可使時間および硬化時間を得るために用いることができる。これは、餅状化時間を制御するのに1つの粒子成分のみが必要であるため、様々なパラメーターを制御することがより容易であることを意味する。従来技術の系では、餅状化時間を制御するために2種以上の種類の粒子を用いることが必要であり、その結果、作用時間および硬化時間を同時に制御することが非常に複雑になり得る。従って、本発明は、従来技術の組成物を簡素化する。
1つの好ましい実施形態では、アクリルポリマー組成物は第1種類のポリマー粒子と、1種類のみのさらなるアクリルポリマー粒子とを含有し、前者は餅状化時間を制御し、後者は可使時間を制御する。
本発明の第3態様によれば、アクリルポリマー組成物の第1部分と、アクリルモノマー組成物の第2部分とを含有する硬化性二部型アクリル系組成物が提供される。前記アクリルポリマー組成物は、10〜2000nmの粒径の乳化重合アクリルポリマー粒子を含有する。
合体し乾燥したより大きな第1種類の粒子中の乳化重合粒子の正確な大きさは測定することが困難である。その理由は、それらの粒子は乾燥の際に他の粒子と共にマトリックス内に充填する傾向があり、上述したように六方最密充填または他の配置を形成し得るからである。しかしながら、前記微粒子は、それらの合体した形態においてさらに明確に定義されている。これにもかかわらず、より大きな第1種類の粒子におけるそれらの粒径は測定することがより困難である。しかしながら、SEMの結果の調査により、それらの大きさを明白に推定することができる。典型的には、個々の合体した乳化重合粒子の平均サイズは、10〜2000nmであり、より典型的には50〜500nmであり、最も典型的には150〜450nmである。上述したように、乳化重合アクリルポリマー微粒子は、典型的には、エマルションの乾燥により生成されるより大きなアクリルポリマー粒子に合体される。従って、エマルション粒子はそれらの合体した形態にある微孔性粒子を形成する。
本願において微粒子とは、第1種類のアクリルポリマー粒子よりも小さい粒子を意味し、本願に述べられていない限り、そこから他の限定が解釈されるべきでない。
アクリルポリマー組成物は、一般に、モノマー組成物と混合する前には、粉末として存在する。充填材が乾燥粉末ポリマー組成物の一部を形成するように、前記粉末成分は、一般に、モノマー成分と混合する前に任意の充填材を含有する。粉末成分対モノマー成分の重量比は、一般に、<3:1であり、好ましくは、<2.5:1であり、最も好ましくは、<2.2:1である。典型的には、前記重量比は2.15〜1.85:1の範囲にある。
本発明のさらなる態様によれば:
(a)アクリルモノマー組成物を乳化重合して、ポリマーエマルションを生成する工程と;
(b)工程(a)のポリマーエマルションを乾燥させて、本発明の第1態様によるアクリルポリマー粒子を生成する工程と;
(c)任意で、工程(b)のアクリルポリマー粒子を少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子および/または充填材と混合して、アクリルモノマー組成物の存在下において所定速度で硬化するのに適したアクリルポリマー組成物を生成する工程と;を含むアクリルポリマー組成物を生成する方法が提供される。
好ましくは、工程(a)はシード、コアおよび少なくとも1つのシェルの乳化重合工程を含む。特に好ましい方法は、残留開始剤がエマルション粒子内に封入されるように、乳化重合工程(a)に過剰量の開始剤を導入する。好ましくは、多段階乳化重合において、過剰な開始剤(initator)は、該開始剤が多段階粒子の外側シェル中に存在するように、最終段階の間に導入される。しかしながら、これに代わって、開始剤は、アクリルポリマー組成物に続けて添加することもできる。
封入された残留開始剤または添加開始剤(例えば過酸化ジベンゾイル)の量における変動は、硬化性組成物の硬化時間を変化させる効果を有する。開始剤含量の増大は、硬化時間の短縮をもたらす。加えて、アクリルモノマー組成物中における促進剤(例えばDMPT)の量の変動もまた硬化時間に影響を与え得る。促進剤濃度の増大は、硬化時間の短縮をもたらす。
本発明の第1態様のアクリルポリマー粒子の利点は、アクリルモノマー組成物の存在下で達する急速な餅状化時間である。しかしながら、餅状化物に対する可使時間および硬化時間は用途に応じて変化させる必要がある。非常に短い可使時間および硬化時間が必要とされる場合には、本発明の第1態様のアクリルポリマー粒子は単独で用いられてもよい。しかしながら、ほとんどの用途において、より長い可使時間および硬化時間が必要とされるであろう。これは、さらなる種類のアクリルポリマー粒子の量、種類、およびの粒径の変更によって達成することができる。より小さな平均粒径(例えば典型的には<20μm(20ミクロン))のポリマー粒子もまた短い可使時間を与えることが知られているが、より大きな粒径の粒子の量の増大により、および粒径自体の増大により、より長い可使時間を得ることができる。従って、さらなるアクリルポリマー粒子の粒径および量は最終用途に依存し、これは当業者によって理解されるであろう。
典型的には、前記さらなる種類のアクリルポリマー粒子は、ポリマービーズとして知られる固体ポリマー粒子の形態にある。そのようなビーズは、上述したように、典型的には懸濁液重合によって生成されるが、溶液重合およびバルク重合もまた可能な製造方法である。そのようなビーズはまた、上記の乳化重合微粒子について記載したような封入された残留開始剤を含有してもよい。そのようなビーズの平均粒径は、上述したように、最終用途に応じて可変であるが、そのようなビーズの典型的な平均粒径は10〜1000μm(10〜1000ミクロン)、より典型的には20〜250μm(20〜250ミクロン)、最も典型的には25〜125μm(25〜125ミクロン)の範囲にある。平均粒径が大きいほど、可使時間は長くなる。当業者はまた、ポリマーの分子量および促進剤の存在も可使時間および硬化時間に影響を与え得ることも理解するであろう。従って、本発明の重要な態様は、第1種類のアクリルポリマー粒子の存在によって達成可能な低減された餅状化時間であるのに対し、本発明は特定の可使時間または硬化時間に限定されない。これは用途に依存するためである。
前述にもかかわらず、本発明の態様のアクリルポリマー組成物の特に有益な用途は、その骨セメント組成物中における使用である。そのような組成物は、椎体形成において用いられ、手術が不当な遅延を有することなく進行し得るように、非常に短い餅状化時間を必要とする。さらに、患者の手術部位における固定が不必要に長引かないように、そのような用途は短い硬化時間を必要とする。競合する要件は手順を効果的に行なうのに十分な可使時間である。餅状化時間の短縮は、可使時間を増大する効果を有する。本発明の組成物の類似した用途は、同様の短い餅状化時間が必要とされる歯の修復である。
しかしながら、短い餅状化時間は多くの工業用途において一般に望ましいものと思われ、従って、本発明は骨セメントおよび歯科の用途に限定されないが、これらは好ましい実施形態である。
従って、本発明は、合体した乳化重合アクリル微粒子の網状組織から形成されたアクリルポリマー粒子の、硬化性二部型アクリル系組成物中における餅状化時間短縮剤としての使用に及ぶ。
本発明の態様の第1種類のアクリルポリマー粒子対全ての前記さらなる種類のアクリルポリマー粒子の比は、最終用途に応じて変動する。しかしながら、骨セメントのような一部の用途においては、2〜45:98〜55w/w、より好ましくは5〜35:95〜65w/w、最も好ましくは10〜25:90〜75w/wのそれらの比を有することが有益である。そのような比率は、短い餅状化時間と長い可使時間との間における良好な均衡をもたらす。しかしながら、これによって何ら限定されるべきでなく、第1部分のポリマー成分を形成する100%w/wの乳化重合微粒子、または30〜70:70〜30、より典型的には40〜60:60〜40の比率のような、より高い乳化重合微粒子の比率も可能である。
乳化重合粒子は、衝撃改質剤の分野においてよく知られている。この理由で、ブタジエンまたはアクリル酸ブチルのような衝撃改質剤は、典型的には、多段階コアシェル粒子のシェルのうちの1つの中にコモノマーとして導入される。しかしながら、本発明の硬化性組成物において、衝撃改質剤は必要とされなくてもよい。従って、本発明のエマルション微粒子は衝撃改質剤コモノマー残留物を含まなくてもよい。
硬化性組成物のポリマー粉末成分中のポリマーの分子量は、餅状化時間および可使時間に影響を及ぼし得るが、本発明は任意の特定の分子量にも制限されない。しかしながら、乳化重合粒子の分子量(Mw)は、25,000〜3,000,000の範囲にあり得、一方、さらなる種類のポリマー粒子の分子量は25,000〜2,000,000の範囲にあり得る。いずれにせよ、さらなるアクリルポリマー粒子の分子量の低減および/または粒径の増大は、硬化性組成物の可使時間を増大するために用いられ得る。
本発明のアクリルポリマー組成物の第1部分は、硬化性組成物としての後の使用のための追加充填材を有するか、または有さない乾燥粉末として独立して提供されてもよい。従って、本発明のさらにさらなる態様によれば、第1種類のアクリルポリマー粒子であって、各第1種類のアクリルポリマー粒子が合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されていることを特徴とする第1種類のアクリルポリマー粒子と、任意で、前記第1種類のアクリルポリマー粒子と混和された少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子とを含有する粉末、好ましくは乾燥粉末の組成物が提供される。
好ましくは、前記粉末組成物のエマルション粒子はそれらのポリマーマトリックス中に適当な開始剤化合物を取り込む。多段階エマルション粒子の場合には、開始剤は最終段階において、それらの外側シェル中に取り込まれる。
ここで、本発明の実施形態において、添付する実施例に関して、図面を参照することにより説明する。
本発明によれば、餅状化時間及び可使時間を制御可能な硬化性二部型アクリル系組成物が提供できた。
図1aは、本発明による噴霧乾燥したポリマー粒子の表面のSEM写真を示し、図1bは、図1aと同一の種類の粒子のさらなるSEM写真を示す。 図2aは、本発明による凝固させて乾燥させたポリマー粒子の表面のSEM写真を示し、図2bは、図2aと同一の種類の粒子のさらなるSEM写真を示す。
(実施例)
有意な割合のPMMA粒子が合体した乳化重合微粒子から形成されている状態のPMMAを生成するための乳化重合および噴霧乾燥の使用。
乳化重合
1.0リットルの脱イオン水を、窒素注入口、凝縮器および電動式ステンレス鋼パドル撹拌器が取り付けられた5リットルの丸底ガラスフラスコに加える。その水を、392min−1で撹拌しながら、電気マントルヒーターによって82°Cに加熱する。窒素流を、フラスコの蒸気空間を介して前記液体の表面の上に通過させる。
500グラムのメタクリル酸メチル(5ppmのTopanol A禁止剤を含有)と、5.0グラムの75%活性ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム乳化剤(商品名:Aerosol(商標)OT)から成るモノマー混合物を調製する。これらの成分は使用の前に混合される。
82°Cの水温で、ポリマーシード(段階1)は、フラスコに50グラムのモノマー混合物を加え、続いて脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を10ミリリットル加えることにより調製される。若干の発熱の後に、反応は温度が82°Cに戻るまで、30分間にわたって進行する。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を20ミリリットル加え、次いで350グラムのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約35分間にわたって連続的に添加することによって、前記ポリマーシード粒子上にコアを成長させる(段階2)。反応は、温度が82°Cに戻るまで、モノマー混合物の添加完了後さらに15分間にわたって進行する。
7.0グラムの70%活性過酸化ジベンゾイルを、使用直前に20〜23℃の室温で残りの100グラムのモノマー混合物中に溶解させる。これは、ポリマー中、約1重量%の残留過酸化ジベンゾイル(BPO)含有量を生じる。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を5ミリリットル加え、次いで添加したBPOを含有する前記モノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約10分間にわたって連続的に添加することによって、前記コア上にBPO含有シェルを成長させる(段階3)。反応は、温度が82°Cに戻るまで、すべてのモノマー混合物が加えられた後、さらに15分間にわたって進行する。
次いで、結果として生じたエマルションを40℃未満に冷却し、150μm(150ミクロン)の篩を通して濾過する。
Z平均エマルション粒径は、モールヴァン ゼータサイザー ナノシリーズ エス粒径分析器を用いて測定した。
噴霧乾燥
エマルションは、LabPlant(商標)SD05実験室噴霧乾燥装置を用いて、噴霧乾燥によって粉末として分離される。入口温度は135°Cであり、ラテックスフィードレートは15に設定した。1.0mmのジェットサイズを用い、空気流量および空気圧縮機圧力については最大の設定値を用いた。
結果として生じた粉末を、モールヴァン マスターサイザー 2000粒径分析器(Malvern Mastersizer 2000 particle size analyzer)によって測定した粒径(d10、d50、d90)、モールヴァン マスターサイザー 2000による<20μm(20ミクロン)および<10μm(10ミクロン)の粒径を有する噴霧乾燥粉末の割合、カールフィッシャー滴定による水分含有量(重量%)、クロロホルム(1wt%溶液)中における還元粘度(RV)(dl/g)、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)による分子量、および滴定による残留過酸化ジベンゾイル含有量(重量%)について特徴付けた。
d10、d50、d90は、粒度分析からの標準的な「百分位数」読み取り値である。
d50は、試料の50%がそれよりも小さく、50%がそれよりも大きいμm(ミクロン)での大きさである。
d10は、試料の10%がそれを下回る粒子の大きさである。
d90は、試料の90%がそれを下回る粒子の大きさである。
特性解析結果は表1に示す。
実施例1と同様であるが、14.0グラムの70%の活性過酸化ジベンゾイルを用い、撹拌器速度を300min−1に低減する。
実施例2と同様であるが、ポリマー分子量の低減をもたらすために、重合を始める前に、初期モノマー混合物に約1.0グラムの1−ドデカンチオールを加える。
実施例3と同様であるが、さらにポリマー分子量を低減するために、1−ドデカンチオール含有量を2.0グラムに増量する。
実施例4と同様であるが、段階3において21.0グラムの70%活性過酸化ジベンゾイルを用いる。
実施例3と同様であるが、バッチサイズを2倍にし、かつ反応温度を80℃に低下させた。
実施例6と同様であるが、ポリマー分子量を増大させるために、1−ドデカンチオール含有量を2.0グラムから1.85グラムに低減し、結果として生じた乳化重合された微粒子中の残留過酸化ジベンゾイルの量を増大させるために、段階3において加えられる70%活性過酸化ジベンゾイルの量を28グラムから30グラムに増量した。
乳化重合(乳化モノマー原料を使用)
1.5リットルの脱イオン水を、窒素注入口、凝縮器および電動式ステンレス鋼パドル撹拌器が取り付けられた5リットルの丸底ガラスフラスコに加える。その水を、390min−1で撹拌しながら、電気マントルヒーターによって80°Cに加熱する。窒素流を、フラスコの蒸気空間を介して前記液体の表面の上に通過させる。
1000グラムのメタクリル酸メチル(5ppmのTopanol A禁止剤を含有)、1.85グラムの1−ドデカンチオール、10.0グラムの75%ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム乳化剤(商品名:Aerosol(商標)OT)、および0.5リットルの脱イオン水から成る乳化モノマー混合物を調製する。この混合物は、該混合物を乳化させておくために添加の前およびその最中わたって撹拌される。
80°Cの水温で、ポリマーシード(段階1)は、フラスコに162.5グラムのモノマー混合物を加え、続いて脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を10ミリリットル加えることにより調製される。若干の発熱の後に、反応は温度が80°Cに戻るまで、30分間にわたって進行する。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を20ミリリットル加え、次いで1147.5グラムの乳化モノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約135分間にわたって連続的に添加することによって、前記ポリマーシード粒子上にコアを成長させる(段階2)。反応は、温度が80°Cに戻るまで、モノマー混合物の添加完了後さらに15分間にわたって進行する。
30.0グラムの70%活性過酸化ジベンゾイルを、使用直前に20〜23℃の室温で残りの200グラムの乳化モノマー混合物中に溶解する。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を10ミリリットル加え、次いで添加したBPOを含有する前記乳化モノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約24分間にわたって連続的に添加することによって、前記コア上にBPO含有シェルを成長させる(段階3)。反応は、温度が80°Cに戻るまで、すべてのモノマー混合物が加えられた後、さらに15分間にわたって進行する。
次いで、結果として生じたエマルションを40℃未満に冷却し、150μm(150ミクロン)の篩を通して濾過する。
Z平均エマルション粒径は、モールヴァン ゼータサイザー ナノシリーズ エス粒径分析器を用いて測定し、前記エマルションは実施例1と同一の方法を用いて噴霧乾燥させた。
実施例8と同様であるが、300min−1の撹拌器速度で行い、段階2の間において乳化モノマー混合物を90分間にわたって加えた。
一回分のエマルションを実施例6に従って調製し、以下の通りに、噴霧乾燥ではなく、凝固法を用いて、粉末として回収した。
2リットルの脱イオン水中に100グラムの硫酸マグネシウム七水和物の溶液を、600rpmで撹拌しながら80℃に加熱した。実施例6で調製したような1000gのエマルションを、蠕動ポンプを用いて、毎分約33グラムの流量で前記溶液に添加した。添加終了後、結果として生じた混合物を5分間にわたって保持した後に、40℃に冷却した。次いで、そのポリマーを濾過して、脱イオン水で洗浄し、60℃の炉内で乾くまで乾燥させた。
ポリマーは183μmの粒径(d50)と、約476,000ダルトンの分子量(Mw)とを有した。
この実施例は、噴霧乾燥したエマルションポリマーの従来のPMMAビーズと混和について説明する。
噴霧乾燥したPMMA粉末を従来のPMMAビーズと混和する一般的な実験室規模の方法は、適当な容器内におけるタンブル混和法を用いることである。前記容器は、典型的には全容積の4分の3まで充填され、混和時間は典型的には15〜30分間である。
開始PMMAビーズポリマー(Colacryl(登録商標)B866、ルーサイト インターナショナル スペシャリティ ポリマー アンド レジンズ リミテッド(Lucite International Speciality Polymers & Resins Limited)から入手)は、2.4dl/gのRV、421,200のMw、2.94%wtの残留BPO、39μm(39ミクロン)の平均粒径および44μm(44ミクロン)のd50を有する。これを、実施例7の方法に従って調製した噴霧乾燥PMMA粉末と、様々な割合で混和した。
次いで、前記混和物を、60ppmのHQ禁止剤を含有したMMAモノマーと、20℃において、10mLのモノマーに対して20gのポリマーの比率で混合し、餅状化時間および可使時間を測定した。混合の前に、前記2つの成分を、20℃のインキュベーター中で少なくとも10時間にわたって平衡させた。次いで、必要量のポリマーをポリプロピレンビーカーに入れ、その後モノマーを入れた。時間測定は前記粉末を液体に加えた時点から開始した。次に、金属スパチュラを用いて、手動による混合を30秒間にわたって行い、その後、材料に覆いを掛けて放置した。周期的に、材料を稠度について評価し、餅状化時間および可使時間を判定した。表2に結果を記録する。
表2は、混和物中の噴霧乾燥エマルジョン粉末の量の増大がいかに餅状化時間を有意に短縮するかを示している。さらに、可使時間を大幅に低減することなく、速い餅状化時間を達成することができる。
液体成分が60ppmのHQ禁止剤と、1%のDMPT促進剤とを含有するMMAであったこと以外は、実施例11を繰り返した。表3に結果を記録する。
表3と表2との比較は、液体にDMPT促進剤を添加することにより、可使時間は有意に短縮されるが、餅状化時間にはさほどの影響はないことを示している。
この実施例は、異なるプロセス(噴霧乾燥と凝固)によって粉末として回収されたエマルションポリマーを用いて調製されたポリマーブレンドの取扱特性を比較する。また、比較例として、篩にかけられたPMMAビーズポリマーおよびボールミル粉砕されたPMMAポリマーの取扱特性も示されている。
PMMAエマルションは、異なる方法の粉末、すなわち、(i)実施例1の方法による噴霧乾燥エマルションポリマーおよび(ii)実施例10の方法に従って調製した凝固エマルション、として回収された。次いで、PMMA乾燥エマルション粉末(i)および(ii)を、PMMAビーズと、15%wtの乾燥PMMAエマルション粉末と85%wtのPMMAビーズとの比率で混和した。前記PMMAビーズポリマーは、ルーサイト インターナショナル スペシャリティ ポリマー アンド レジンズ リミテッドから入手したColacryl(登録商標)B866であった。これは、2.4dl/gのRV、421,200のMw、2.94%wtの残留BPO、39μm(39ミクロン)の平均粒径および44μm(44ミクロン)のd50を有する。
2つの比較例を調製した。すなわち、(iii)PMMAビーズポリマー(RV 2.1)(ルーサイト インターナショナル スペシャリティ ポリマー アンド レジンズ リミテッドから入手したColacryl(登録商標)TS1890)を38μm(38ミクロン)のメッシュスクリーンを通して篩分けし、前記スクリーンを通過した粉末を保持した。次いで、結果として生じた分別された粉末を、それ以上の処理なしで用いた。これは15μm(15ミクロン)の平均粒径および15μm(15ミクロン)のd50を有していた。<20μm(20ミクロン)の粒子の量は70.6%であった。他の比較例(iv)は、PMMAビーズポリマー(ルーサイト インターナショナル スペシャリティ ポリマー アンド レジンズ リミテッドから入手したColacryl(登録商標)B866)を28時間ボールミル粉砕することによって調製した。この試料は、それ以上の処理なしでボールミルから直接用いた。
ルーサイト インターナショナル スペシャリティ ポリマー アンド レジンズ リミテッドから入手した対照試料Colacryl(登録商標)B866もまた、単独の粉末成分として試験するために選択した。次に、この試料を、試料(i)〜(iv)とともに、60ppmのHQ禁止剤を含有したMMAモノマーと、20℃において、10mLのモノマーに対して20gのポリマーの比率で混合し、餅状化時間および可使時間を測定した。混合の前に、すべての材料を20℃のインキュベーター内において少なくとも10時間にわたって平衡させた。次いで、必要量のポリマーをポリプロピレンビーカーに入れ、その後モノマーを入れた。時間測定は前記粉末を液体に加えた時点から開始した。次に、金属スパチュラを用いて、手動による混合を30秒間にわたって行い、その後、材料に覆いを掛けて放置した。周期的に、材料を稠度について評価し、餅状化時間、可使時間および硬化時間を判定した。表4に結果を記録する。
表4は、エマルション微粒子(i)および(ii)を含有したPMMA粉末は双方とも、それらがどのように調製されたかにかかわらず、同様の餅状化時間を有することを示している。
加えて、それらのPMMA粉末は、さらに対照試料の比較的長い可使時間を保っている。これは、篩分けプロセスによって分離された<20μm(20ミクロン)の粒子の高い画分を有する比較例(iii)と対照をなす。この場合、<20μm(20ミクロン)の粒子の量を増大することは、餅状化時間の緩やかな低減もたらすが、これは可使時間を短縮させるという付加的な不都合を有する。試料(i)および(ii)の性能はまた、エマルションポリマーを取り込んでいる粉末に対して同様の速い餅状化特性を有するボールミル粉砕したPMMA(比較例(iv))と対照をなす。しかしながら、試料(iv)は非常に低減した可使時間を有するという不都合を有する。
この実施例は、取扱特性に対する噴霧乾燥PMMAエマルション粉末中の残留過酸化物含量の効果を示している。
ルーサイト インターナショナル スペシャリティ ポリマー アンド レジンズ リミテッドから入手したPMMAビーズポリマーColacryl(登録商標)B866は、2.4dl/gのRV、421,200のMw、2.94%wtの残留BPO、39μm(39ミクロン)の平均粒径および44μm(44ミクロン)のd50を有する。
すべてのポリマーブレンドは、85%wtのPMMAビーズと、PMMAエマルションのシェル内に含有する過酸化ジベンゾイルの量を変えた15%wtの噴霧乾燥PMMA粉末とを含有した。次いで、前記混和物を、60ppmのHQ禁止剤および1%DMPT促進剤を含有したMMAモノマーと、20℃において、10mLのモノマーに対して20gのポリマーの比率で混合し、餅状化時間および可使時間を測定した。混合の前に、前記2つの成分を、20℃のインキュベーター中で少なくとも10時間にわたって平衡させた。次いで、必要量のポリマーをポリプロピレンビーカーに入れ、その後モノマーを入れた。時間測定は前記粉末を液体に加えた時点から開始した。次に、金属スパチュラを用いて、手動による混合を30秒間にわたって行い、その後、材料に覆いを掛けて放置した。周期的に、材料を稠度について評価し、餅状化時間、可使時間および硬化時間を判定した。表5に結果を記録する。
表5は、残留BPOの量は餅状化時間にはほとんど影響しないが、量が増大するほど、より短い硬化時間および可使時間をもたらすことを示している。
還元粘度(RV)は分子量の好都合な物差である。この実施例は、取扱特性に対する噴霧乾燥PMMAエマルション粉末のRVの効果を示している。
ルーサイト インターナショナル スペシャリティ ポリマー アンド レジンズ リミテッドから入手したPMMAビーズポリマーColacryl(登録商標)B866、は、2.4dl/gのRV、421,200のMw、2.94%wtの残留BPO、39μm(39ミクロン)の平均粒径および44μm(44ミクロン)のd50を有する。
すべてのポリマーブレンドは、85%wtのPMMAビーズおよび15%wtの噴霧乾燥PMMA粉末を含有した。次いで、前記混和物は、60ppmのHQ禁止剤を含有したMMAモノマーと、20℃において、10mLのモノマーに対して20gのポリマーの比率で混合され、餅状化時間および可使時間が測定された。混合の前に、前記2つの成分を、20℃のインキュベーター中で少なくとも10時間にわたって平衡させた。次いで、必要量のモノマーをポリプロピレンビーカーに入れ、その後ポリマー粉末を入れた。時間測定は前記粉末を液体に加えた時点から開始した。次に、金属スパチュラを用いて、手動による混合を30秒間にわたって行い、その後、材料に覆いを掛けて放置した。周期的に、材料を稠度について評価し、餅状化時間、可使時間および硬化時間を判定した。表6に結果を記録する。
表6は、RVが高いほど(分子量が高いほど)、より短い餅状化時間に有利であることを示している。
液体成分が60ppmのHQ禁止剤と、1%のDMPT促進剤とを含有するMMAであったこと以外は、実施例15を繰り返した。表7に結果を記録する。
表7と表6との比較は、液体にDMPT促進剤を添加することにより、可使時間が有意に短縮されるが、餅状化時間にはさほどの影響はないことを示している。
この実施例は、取扱特性に対するDMPT促進剤の効果を示す。
ルーサイト インターナショナル スペシャリティ ポリマー アンド レジンズ リミテッドから入手したPMMAビーズポリマーColacryl(登録商標)B866は、2.4dl/gのRV、421,200のMw、2.94%wtの残留BPO、39μm(39ミクロン)の平均粒径および44μm(44ミクロン)のd50を有した。
噴霧乾燥PMMA粉末は、2.4dl/gのRVおよび1.98%wtの残留BPOを有しており、より高いRVを得るために、実施例7の手順の工程に従って、モノマー混合物中のモノマーの合計に関して1−ドデカンチオールの量を0.185w/wから0.0867%w/wに低減して製造した。すべての後続のポリマーブレンドは、85%wtのPMMAビーズと、15%wtの噴霧乾燥PMMA粉末とを含有した。
MMAモノマーは、60ppmのHQ禁止剤と、0.25%wt〜1.5%wtまで変化させた量のDMPT促進剤とを含有した。
次いで、前記混和物を、前記MMAモノマーと、20℃において、10mLのモノマーに対して20gのポリマーの比率で混合し、餅状化時間、可使時間および硬化時間を測定した。混合の前に、前記2つの成分を、20℃のインキュベーター中で少なくとも10時間にわたって平衡させた。次いで、必要量のモノマーをポリプロピレンビーカーに入れ、その後ポリマー粉末を入れた。時間測定は前記粉末を液体に加えた時点から開始した。次に、金属スパチュラを用いて、手動による混合を30秒間にわたって行い、その後、材料に覆いを掛けて放置した。周期的に、材料を稠度について評価し、餅状化時間、可使時間および硬化時間を判定した。表8に結果を記録する。
表8は、DMPT促進剤の量は餅状化時間にはほとんど影響しないが、量が増大するほど、より短い可使時間および硬化時間につながることを示している。
実施例18および19は、乳化重合微粒子のZ平均粒径をどのように変化させることができるかを示す。
この実施例は、用いるジオクチルスルホコハク酸ナトリウム乳化剤(商品名:Aerosol(商標)OT)の量を低減することにより、乳化重合微粒子において比較的大きなZ平均粒径を得ることができることを示す。
2.0リットルの脱イオン水を、窒素管、凝縮器および電動式ステンレス鋼パドル撹拌器が取り付けられた5リットルの丸底ガラスフラスコに加える。その水を、300min−1で撹拌しながら、電気制御式電気マントルヒーターによって80°Cに加熱する。窒素流を、フラスコの蒸気空間を介して前記液体の表面の上に通過させる。
1000グラムのメタクリル酸メチル(5ppmのTopanol A禁止剤を含有)と、1.85グラムの1−ドデカンチオールと、1.34グラムの75%活性Aerosol(商標)OTとから成るモノマー混合物を調製する。
水の温度が80°Cに安定したら、フラスコに100グラムのモノマー混合物を加え、続いて脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を10ミリリットル加えることによって、ポリマーシード(段階1)を調製する。生じた重合熱をおさまらせ(約30分間)、反応装置の中味の温度は80℃に戻る。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を20ミリリットル加え、次いで700グラムのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約75分間にわたって連続的に添加することによって、前記ポリマーシード粒子上にポリマーコアを成長させる(段階2)。モノマー混合物の添加を完了した後、温度を80℃に固定して、さらに15分間にわたって反応を進ませる。
28.0グラムの75%活性過酸化ジベンゾイル(BPO)を、使用直前に20〜23℃の室温で残りの200グラムのモノマー混合物中に溶解する。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を10ミリリットル加え、次いで添加したBPOを含有する残りのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約25分間にわたって連続的に添加することによって、前記コア上にBPO含有シェルを成長させる(段階3)。モノマー混合物の添加を完了した後、温度を80℃に固定して、さらに15分間にわたって反応を進ませる。
次いで、結果として生じたエマルションを40℃未満に冷却し、150μm(150ミクロン)の篩を通して濾過する。結果として生じたエマルションのZ平均粒径は、モールヴァン ゼータサイザーナノシリーズ エス粒径分析器を用いて測定され、437nmであることが分かった。
前記エマルションを、実施例1の方法を用いて、噴霧乾燥によって粉末として分離し、モールヴァン マスターサイザー 2000粒径分析器によって測定した粒径(d10、d50、d90)、クロロホルム(1wt%溶液)中における還元粘度(RV)(dl/g)、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)による分子量、および滴定による残留過酸化ジベンゾイル含有量(重量%)について特徴付ける。
d10、d50、d90は、粒度分析からの標準的な「百分位数」読み取り値である。d50は、試料の50%がそれよりも小さく、50%がそれよりも大きいμm(ミクロン)での大きさである。
d10は、試料の10%がそれを下回る粒子の大きさである。
d90は、試料の90%がそれを下回る粒子の大きさである。
特性結果を表10に示す。
この実施例は、シード(段階1)を製造するために使用するモノマーの量を増大し、コア(段階2)を形成するために使用するモノマーの量を低減することにより、比較的小さなZ平均粒径を得ることができることを示す。
2.0リットルの脱イオン水を、窒素管、凝縮器および電動式ステンレス鋼パドル撹拌器が取り付けられた5リットルの丸底ガラスフラスコに加える。その水を、300min−1で撹拌しながら、電気制御式電気マントルヒーターによって80°Cに加熱する。窒素流を、フラスコの蒸気空間を介して前記液体の表面の上に通過させる。
1000グラムのメタクリル酸メチル(5ppmのTopanol A禁止剤を含有)と、1.85グラムの1−ドデカンチオールと、10.0グラムの75%活性Aerosol(商標)OTとから成るモノマー混合物を調製する。
水の温度が80°Cに安定したら、フラスコに250グラムのモノマー混合物を加え、続いて脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を20ミリリットル加えることによって、ポリマーシード(段階1)を調製する。生じた重合熱をおさまらせ(約30分間)、反応装置の中味の温度は80℃に戻る。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を15ミリリットル加え、次いで550グラムのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約60分間にわたって連続的に添加することによって、前記ポリマーシード粒子上にポリマーコアを成長させる(段階2)。モノマー混合物の添加を完了した後、温度を80℃に固定して、さらに15分間にわたって反応を進ませる。
28.0グラムの75%活性過酸化ジベンゾイル(BPO)を、使用直前に20〜23℃の室温で残りの200グラムのモノマー混合物中に溶解する。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を10ミリリットル加え、次いで添加したBPOを含有する残りのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約25分間にわたって連続的に添加することによって、前記コア上にBPO含有シェルを成長させる(段階3)。モノマー混合物の添加を完了した後、温度を80℃に固定して、さらに15分間にわたって反応を進ませる。
次いで、結果として生じたエマルションを40℃未満に冷却し、150μm(150ミクロン)の篩を通して濾過する。
結果として生じたエマルションのZ平均粒径は165nmであった(表10参照)。
前記エマルションを、実施例1の方法を用いて、噴霧乾燥によって粉末として分離し、実施例18のように特徴付けた。特性結果は表10に示す。
実施例20〜23は、乳化重合微粒子中に残留する開始剤の含量をどのように変化させることができるかを示す。
2.0リットルの脱イオン水を、窒素管、凝縮器および電動式ステンレス鋼パドル撹拌器が取り付けられた5リットルの丸底ガラスフラスコに加える。その水を、300min−1で撹拌しながら、電気制御式電気マントルヒーターによって80°Cに加熱する。窒素流を、フラスコの蒸気空間を介して前記液体の表面の上に通過させる。
1000グラムのメタクリル酸メチル(5ppmのTopanol A禁止剤を含有)と、1.85グラムの1−ドデカンチオールと、10.0グラムの75%活性Aerosol(商標)OTとから成るモノマー混合物を調製する。
水の温度が80°Cに安定したら、フラスコに100グラムのモノマー混合物を加え、続いて脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を10ミリリットル加えることによって、ポリマーシード(段階1)を調製する。生じた重合熱をおさまらせ(約30分間)、反応装置の中味の温度は80℃に戻る。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を15ミリリットル加え、次いで600グラムのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約65分間にわたって連続的に添加することによって、前記ポリマーシード粒子上にポリマーコアを成長させる(段階2)。モノマー混合物の添加を完了した後、温度を80℃に固定して、さらに15分間にわたって反応を進ませる。
42.0グラムの75%活性過酸化ジベンゾイル(BPO)を、使用直前に20〜23℃の室温で残りの300グラムのモノマー混合物中に溶解する。
反応装置の中味が80℃に戻った後、次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を15ミリリットル加え、次いで添加したBPOを含有する残りのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約30分間にわたって連続的に添加することによって、前記コア上にBPO含有シェルを成長させる(段階3)。モノマー混合物の添加を完了した後、温度を80℃に固定して、さらに15分間にわたって反応を進ませる。
次いで、結果として生じたエマルションを40℃未満に冷却し、150μm(150ミクロン)の篩を通して濾過する。
前記エマルションを、実施例1の方法を用いて、噴霧乾燥によって粉末として分離し、実施例18のように特徴付けた。特性結果を表10に示す。
乳化重合微粒子中に残留するBPO開始剤の量は、2.30重量%であると測定された。
段階3の間により多量の、すなわち49.0グラムの、75%活性過酸化ジベンゾイル(BPO)を用いることを除いて実施例20を繰り返した。
乳化重合微粒子中に残留するBPO開始剤の量は、2.50重量%であると測定された(表10参照)。
2.0リットルの脱イオン水を、窒素管、凝縮器および電動式ステンレス鋼パドル撹拌器が取り付けられた5リットルの丸底ガラスフラスコに加える。その水を、300min−1で撹拌しながら、電気制御式電気マントルヒーターによって80°Cに加熱する。窒素流を、フラスコの蒸気空間を介して前記液体の表面の上に通過させる。
1000グラムのメタクリル酸メチル(5ppmのTopanol A禁止剤を含有)と、1.85グラムの1−ドデカンチオールと、10.0グラムの75%活性Aerosol(商標)OTとから成るモノマー混合物を調製する。
水の温度が80°Cに安定したら、フラスコに100グラムのモノマー混合物を加え、続いて脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を10ミリリットル加えることによって、ポリマーシード(段階1)を調製する。生じた重合熱をおさまらせ(約30分間)、反応装置の中味の温度は80℃に戻る。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を15ミリリットル加え、次いで500グラムのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約55分間にわたって連続的に添加することによって、前記ポリマーシード粒子上にポリマーコアを成長させる(段階2)。モノマー混合物の添加を完了した後、温度を80℃に固定して、さらに15分間にわたって反応を進ませる。
67.0グラムの75%活性過酸化ジベンゾイル(BPO)を、使用直前に20〜23℃の室温で残りの400グラムのモノマー混合物中に溶解する。
反応装置の中味が80℃に戻った後、次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を15ミリリットル加え、次いで添加したBPOを含有する残りのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約30分間にわたって連続的に添加することによって、前記コア上にBPO含有シェルを成長させる(段階3)。モノマー混合物の添加を完了した後、温度を80℃に固定して、さらに15分間にわたって反応を進ませる。
次いで、結果として生じたエマルションを40℃未満に冷却し、150μm(150ミクロン)の篩を通して濾過する。
前記エマルションを、実施例1の方法を用いて、噴霧乾燥によって粉末として分離し、実施例18のように特徴付けた。特性結果は表10に示す。
乳化重合微粒子中に残留するBPO開始剤の量は、3.05重量%であると測定された。
2.0リットルの脱イオン水を、窒素管、凝縮器および電動式ステンレス鋼パドル撹拌器が取り付けられた5リットルの丸底ガラスフラスコに加える。その水を、300min−1で撹拌しながら、電気制御式電気マントルヒーターによって80°Cに加熱する。窒素流を、フラスコの蒸気空間を介して前記液体の表面の上に通過させる。
1000グラムのメタクリル酸メチル(5ppmのTopanol A禁止剤を含有)と、1.85グラムの1−ドデカンチオールと、10.0グラムの75%活性Aerosol(商標)OTとから成るモノマー混合物を調製する。
水の温度が80°Cに安定したら、フラスコに50グラムのモノマー混合物を加え、続いて脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を10ミリリットル加えることによって、ポリマーシード(段階1)を調製する。生じた重合熱をおさまらせ(約30分間)、反応装置の中味の温度は80℃に戻る。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を15ミリリットル加え、次いで450グラムのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約45分間にわたって連続的に添加することによって、前記ポリマーシード粒子上にポリマーコアを成長させる(段階2)。モノマー混合物の添加を完了した後、温度を80℃に固定して、さらに15分間にわたって反応を進ませる。
100.0グラムの75%活性過酸化ジベンゾイル(BPO)を、使用直前に20〜23℃の室温で残りの500グラムのモノマー混合物中に溶解する。
反応装置の中味が80℃に戻った後、次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を15ミリリットル加え、次いで添加したBPOを含有する残りのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約30分間にわたって連続的に添加することによって、前記コア上にBPO含有シェルを成長させる(段階3)。モノマー混合物の添加を完了した後、温度を80℃に固定して、さらに15分間にわたって反応を進ませる。
次いで、結果として生じたエマルションを40℃未満に冷却し、150μm(150ミクロン)の篩を通して濾過する。
前記エマルションを、実施例1の方法を用いて、噴霧乾燥によって粉末として分離し、実施例18のように特徴付けた。特性結果は表10に示す。
乳化重合微粒子中に残留するBPO開始剤の量は、4.50重量%であると測定された。
この実施例は、取扱特性に対する噴霧乾燥PMMAエマルション粉末中の残留過酸化物含量の効果を示し、実施例14に示した範囲に及ぶ。
ルーサイト インターナショナル スペシャリティ ポリマー アンド レジンズ リミテッドから入手したPMMAビーズポリマーColacryl(登録商標)B866は、2.4dl/gのRV、421,200のMw、2.94%wtの残留BPO、39μm(39ミクロン)の平均粒径および44μm(44ミクロン)のd50を有する。
すべてのポリマー混和物は、85%wtのPMMAビーズと、PMMAエマルションのシェル内に含有する過酸化ジベンゾイルの量を変えた15%wtの噴霧乾燥PMMA粉末とを含有した。次いで、前記混和物を、60ppmのHQ禁止剤および1%DMPT促進剤を含有したMMAモノマーと、20℃において、10mLのモノマーに対して20gのポリマーの比率で混合し、餅状化時間および可使時間を測定した。混合の前に、前記2つの成分を、20℃のインキュベーター中で少なくとも10時間にわたって平衡させた。次いで、必要量のポリマーをポリプロピレンビーカーに入れ、その後モノマーを入れた。時間測定は前記粉末を液体に加えた時点から開始した。次に、金属スパチュラを用いて、手動による混合を30秒間にわたって行い、その後、材料に覆いを掛けて放置した。周期的に、材料を稠度について評価し、餅状化時間、可使時間および硬化時間を判定した。表9に結果を記録する。
表9は、残留BPOの量は餅状化時間にはほとんど影響しないが、量が増大するほど、より短い硬化時間および可使時間をもたらすことを示している。
この実施例は、先の実施例の3段階ではなく、2段階の乳化重合微粒子の調製を示す。シード粒子が最初に形成され、該シード粒子は複合したコアおよびシェルを成長させるための核として作用する
2.0リットルの脱イオン水を、窒素管、凝縮器および電動式ステンレス鋼パドル撹拌器が取り付けられた5リットルの丸底ガラスフラスコに加える。その水を、300min−1で撹拌しながら、電気制御式電気マントルヒーターによって80°Cに加熱する。窒素流を、フラスコの蒸気空間を介して前記液体の表面の上に通過させる。
1000グラムのメタクリル酸メチル(5ppmのTopanol A禁止剤を含有)と、1.85グラムの1−ドデカンチオールと、10.0グラムの75%活性Aerosol(商標)OTとから成るモノマー混合物を調製する。
水の温度が80°Cに安定したら、フラスコに100グラムのモノマー混合物を加え、続いて脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を10ミリリットル加えることによって、ポリマーシード(段階1)を調製する。生じた重合熱をおさまらせ(約30分間)、反応装置の中味の温度は80℃に戻る。
49.0グラムの75%活性過酸化ジベンゾイル(BPO)を、使用直前に20〜23℃の室温で残りの900グラムのモノマー混合物中に溶解する。
次に、フラスコに最初に脱イオン水中2重量%の過硫酸カリウム溶液を30ミリリットル加え、その後添加したBPOを含有する残りのモノマー混合物を、蠕動ポンプを用いて、約90分間にわたって連続的に添加することによって、前記ポリマーシード粒子上にポリマーコアおよびシェルを成長させる(段階2)。モノマー混合物の添加を完了した後、温度を80℃に固定して、さらに15分間にわたって反応を進ませる。
次いで、結果として生じたエマルションを40℃未満に冷却し、150μm(150ミクロン)の篩を通して濾過する。結果として生じたエマルションのZ平均粒径は206nmであった(表10参照)。
前記エマルションを、実施例1の方法を用いて、噴霧乾燥によって粉末として分離し、実施例18のように特徴付けた。特性結果は表10に示す。
乳化重合微粒子中に残留するBPO開始剤の量は、2.80重量%であると測定された。
本発明の乾燥粉末粒子の表面のSEM画像を図1および図2に示す。図1は、噴霧乾燥した乳化重合微粒子の大きさおよび構造についての2枚の図を示している。図2は、凝固させ乾燥させた微粒子の大きさおよび構造についての2枚の図を示している。双方の事例において、乾燥微粒子は合体して、本発明のアクリルポリマー粒子の無作為な微孔性構造を形成していた。図1bは、一部の領域において、噴霧乾燥したエマルション粒子が擬似六方最密充填配置を形成することを示している。しかしながら、図2aおよび図2bは、凝固させ乾燥させた微粒子の粒子の微孔性構造は、噴霧乾燥した粉末粒子と見分けがつかないが、六方最密充填構造の証拠は存在しないことを示している。前記微粒子が本発明による第1種類の個別のより大きな粒子を形成するということは、SEM図において示されなかった。
本出願に関して本明細書と同時に、または本明細書に先立って提出され、かつ本明細書によって公衆による閲覧に付されたすべての論文および文書に注意が向けられ、すべてのそのような論文および文書の内容は、参照により本願に援用される。
この明細書において開示された特徴のすべて(添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む)、および/またはそのように開示したあらゆる方法またはプロセスの工程の全ては、そのような特徴および/または工程の少なくとも一部が相互に排他的である組み合わせを除いて、いかなる組み合わせで組み合わせられてもよい。
本明細書において開示された各特徴(添付の特許請求の範囲、要約書および図面を含む)は、明示的に別段の定めをした場合を除き、同一、均等、または類似した目的に役立つ別の特徴と置き換えられてもよい。したがって、明示的に別段の定めをした場合を除き、開示された各特徴は、一般的な一連の均等または類似した特徴の一例に過ぎない。
本発明は前述の実施形態の詳細に限定されない。本発明は、本明細書(添付の特許請求の範囲、要約書、および図面)において開示された特徴のうちの任意の新規な1つまたは任意の新規な組み合わせ、あるいはそのように開示された任意の方法またはプロセスの工程のうちの任意の新規な1つまたは新規な組み合わせに及ぶ。

Claims (29)

  1. アクリルポリマー組成物の第1部分と、アクリルモノマー組成物の第2部分とを含有する硬化性二部型アクリル系組成物であって、前記アクリルポリマー組成物は第1種類のアクリルポリマー粒子を含有し、前記第1種類のアクリルポリマー粒子の各々は、合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されており、
    前記合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織は多孔性アクリルポリマー粒子を形成し、前記アクリルポリマー組成物は少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子も含有し、前記少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子はポリマービーズであり、かつ合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されている前記第1種類のアクリルポリマー粒子は1〜300μmの平均粒径を有することを特徴とする、硬化性二部型アクリル系組成物。
  2. 前記アクリルポリマー組成物の第1部分は粉末である、請求項1に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  3. 粉末成分対モノマー成分の重量比は、<3:1である、請求項2に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  4. 乳化重合アクリル酸微粒子のZ平均粒径は2000nm未満である、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  5. 前記乳化重合アクリル酸微粒子のZ平均粒径は10〜2000nmである、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  6. 前記乳化重合アクリル酸微粒子は一段階または多段階のコア/シェル微粒子である、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  7. 前記乳化重合アクリル酸微粒子は、そのポリマーマトリックス内に未反応の開始剤を取り込んでいる、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  8. 前記未反応の開始剤の含量は乳化重合アクリル酸微粒子の0.001〜10%w/wである、請求項7に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  9. 前記微粒子はコア/シェル微粒子であり、前記未反応の開始剤はコア/シェル粒子の外側シェル内に取り込まれている、請求項7または8に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  10. 前記アクリルポリマー粒子は微孔性である、請求項1に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  11. 第1種類のアクリルポリマー粒子は、液体エマルションを乾燥させて粉末を形成することによって形成されている、請求項1乃至10のいずれか1項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  12. 前記乾燥は、噴霧乾燥、パドル乾燥、炉乾燥、または凝固および濾過に続く乾燥によるものである、請求項11に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  13. 前記乳化重合アクリル酸微粒子の重量平均分子量(Mw)は、25,000ダルトン〜3,000,000ダルトンである、請求項1乃至12のいずれか1項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  14. アクリルポリマー組成物の第1部分と、アクリルモノマー組成物の第2部分とを含有する硬化性二部型アクリル系組成物であって、前記アクリルポリマー組成物は少なくとも第1種類のアクリルポリマー粒子を含有し、前記第1種類のアクリルポリマー粒子の各々は、合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されている微孔性のアクリルポリマー粒子であり、かつ合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されている前記第1種類のアクリルポリマー粒子は1〜300μmの平均粒径を有し、前記アクリルポリマー組成物は少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子も含有し、前記少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子はポリマービーズである、硬化性二部型アクリル系組成物。
  15. アクリルポリマー組成物の第1部分と、アクリルモノマー組成物の第2部分とを含有する硬化性二部型アクリル系組成物であって、前記アクリルポリマー組成物は、10〜2000nmのZ平均粒径の乳化重合アクリル酸微粒子を含有し、前記アクリルポリマー組成物はアクリルポリマー粒子を含有し、前記アクリルポリマー粒子の各々は、合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されている微孔性のアクリルポリマー粒子であり、かつ合体した乳化重合アクリル酸微粒子の網状組織から形成されている前記アクリルポリマー粒子は1〜300μmの平均粒径を有し、前記アクリルポリマー組成物は少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子も含有し、前記少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子はポリマービーズである、硬化性二部型アクリル系組成物。
  16. 前記アクリルポリマー組成物の第1部分は粉末である、請求項14または15に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  17. 粉末成分対モノマー成分の重量比は、<3:1である、請求項16に記載の硬化性二部型アクリル系組成物。
  18. 請求項1乃至16のいずれか一項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物を生成する方法であって、前記方法は、
    (a)アクリルモノマー組成物を乳化重合して、ポリマーエマルションを生成する工程と、
    (b)工程(a)のポリマーエマルションを乾燥させて、アクリルポリマー粒子を生成する工程と、を含む、方法。
  19. 請求項1乃至16のいずれか一項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物を生成する方法であって、前記方法は、
    (a)アクリルモノマー組成物を乳化重合して、ポリマーエマルションを生成する工程と、
    (b)工程(a)のポリマーエマルションを乾燥させて、アクリルポリマー粒子を生成する工程と、
    (c)工程(b)のアクリルポリマー粒子を、少なくとも1種のさらなる種類のアクリルポリマー粒子および充填材のうちの少なくとも一つ、と混合して、アクリルモノマー組成物の存在下において、所定速度で硬化するのに適したアクリルポリマー組成物を生成する工程と、を含む、方法。
  20. 工程(a)は、シード、コアおよび少なくとも1つのシェルの乳化重合工程を含む、請求項18または19に記載の方法。
  21. 残留開始剤がエマルション粒子内に封入されるように、乳化重合工程(a)には過剰な開始剤が導入される、請求項18乃至20のいずれか一項に記載の方法。
  22. 過剰な開始剤は、形成されたポリマー粒子内への封入前における熱分解を回避するために、前記乳化重合での段階で導入される、請求項21に記載の方法。
  23. 前記過剰な開始剤は、乳化重合工程中にモノマーと反応する開始剤の少なくとも一部と共に加えられるか、それに後続して加えられるか、のうちの少なくとも一方である、請求項21または22に記載の方法。
  24. 乳化重合工程中に反応する開始剤の少なくとも一部は、前記過剰な開始剤とは異なり、かつ前記過剰な開始剤より短い半減期を有する開始剤であり、それにより前記過剰な開始剤の存在下で優先的にモノマーと反応する、請求項21乃至23のいずれか1項に記載の方法。
  25. 多段階乳化重合において、過剰な開始剤は、該過剰な開始剤が多段階粒子の外側シェル中に存在するように、最終段階の間に導入される、請求項21乃至24のいずれか1項に記載の方法。
  26. 請求項1乃至17のいずれか1項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物を含有する骨セメント組成物。
  27. 請求項1乃至17のいずれか1項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物を含有する歯科医術において使用される組成物。
  28. 請求項1乃至17のいずれか1項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物を含有する接着剤。
  29. 請求項1乃至17のいずれか1項に記載の硬化性二部型アクリル系組成物を含有する建設資材。
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