JP6452677B2 - 複合材用ガラス充填剤 - Google Patents
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Description
本発明は、粒状ガラス充填剤、その製造方法、及びそれを歯科用複合材に用いる使用に関する。本発明は、0.2〜1μmの平均粒径のガラス粒子が他の粒子と結合し、この結合が、ガラス材料自体によって行われている、粒状ガラス充填剤に関する。より正確には、粒状ガラス充填剤はガラス粒子を含み、その際、該粒子は、中心に位置するマクロガラス粒子及び外表面に位置するミクロガラス粒子を含有し、その際、マクロガラス粒子及びミクロガラス粒子は前記粒子の材料によって結合されている。更に、本発明は、ガラス粒子及び前記ガラス粒子を含む粒状ガラス充填剤の製造方法に関する。また、上記粒状ガラス充填剤を含む複合材又は歯科用材料にも関する。
重合により硬化される歯充填材料の分野では、Rafael L. BowenがビスフェノールA及びその誘導体とグリシジルメタクリレートとの長鎖モノマージメタクリレート反応生成物、特にいわゆるビス−GMA;及びその後まで使用されるメチルメタクリレートの代わりのプラスチックマトリックスを強化するための微細な石英ガラス粉末を導入したときに、これは大きな前進であると考えられた(米国特許第3,066,112号)。
従って、本発明の課題は、延長研磨作用が生じて、無機充填剤粒子を充填したプラスチックマトリックスの表面を摩耗した後でも、プラスチックマトリックスの表面に保持されている微細に分割した無機充填剤を提供することである。充填剤粒子は、都合良く、放射線不透過性でなければならない。
本発明は、概して、熱焼結によって一緒に熱的に溶接した、同一の屈折率を有する均一な充填剤粒子に関する。より正確には、本発明は、ガラス粒子を含む粒状ガラス充填剤であって、前記ガラス充填剤が、中心に位置するマクロガラス粒子を含有し、マクロ粒子の外表面にミクロガラス粒子が位置し、その際、マクロガラス粒子とミクロガラス粒子との間の結合が、前記粒子の材料のものであり、その際、前記粒状ガラス充填剤の屈折率nがn=1.50〜1.60の範囲である、前記粒状ガラス充填剤に関する。本発明は更に、記載されたガラス粒子の製造方法、前記ガラス粒子を含む粒状ガラス充填剤並びに上記粒状ガラス充填剤を含む複合材又は歯科用材料に関する。
図1aは、実施例1に記載されるような、焼結一体化した本発明の充填剤粒子のREM写真である。
図1bは、実施例1に記載されるような、焼結一体化した本発明の充填剤粒子のより詳細な模式画像である。
図1cは、焼結一体化した技術水準の充填剤粒子の詳細な模式画像である。
図2は、本発明外の複合材と比較した、本発明の複合材の曲げ強度を示す図である。
図3は、本発明外の複合材と比較した、本発明の複合材のヤング係数を示す図である。
図4は、本発明外の複合材と比較した、本発明の複合材の反射(歯ブラシ摩耗)を示す図である。
図5は、本発明外の複合材と比較した、本発明の複合材の平均粗さ(歯ブラシ摩耗)を示す図である。
図6は、本発明外のガラス充填剤と比較した、第2表に記載されるような異なる充填剤材料の平均深さ(ACTA法(ポピーシード))を示す図である。
図7は、本発明のガラス充填剤と比較した、第3表に記載されるような異なる充填剤材料の損失容量(ACTA法(ポピーシード))を示す図である。
一般に、任意のガラス充填剤粒子が本発明に使用され得る。好ましいのは、例えば、ケイ酸ホウ素ガラス又はケイ酸アルミニウムガラス、例えば、ホウケイ酸バリウム又はケイ酸リチウムアルミニウム及びケイ酸バリウムアルミニウムで作られたガラスに基づいて作られた本発明の粒状ガラス充填剤に使用される従来の歯科用ガラス充填剤又は材料、特にケイ酸バリウム歯科用ガラス充填剤である。最も好ましい粒状ガラス充填剤は、ケイ酸バリウム及び/又はストロンチウムアルミニウム歯科用ガラスである。
− マクロ粒子であって
− バリウム、好ましくはケイ酸バリウムアルミニウムを含む歯科用ガラスの、
− 400nm+/−50nmの範囲の、
− n=1.50〜1.58、好ましくはn=1.55+/−0.01の範囲の屈折率を有し且つ
− 任意に、650℃よりも低い、好ましくは630℃よりも低い、最も好ましくは630℃〜580℃の範囲の遷移温度を有する、前記マクロ粒子
及び
− ミクロ粒子であって、
− セラミックスを含む歯科用ガラスの、
− 200nm+/−50nmの範囲の、
− n=1.50〜1.58、好ましくはn=1.57+/−0.01の範囲の屈折率を有し且つ
− 任意に、700℃よりも高い、特に750℃よりも高い、最も好ましくは800℃よりも高い遷移温度を有する、前記ミクロ粒子
を含有し、
その際、マクロ粒子は中心に位置し、前記ミクロ粒子はマクロ粒子の外表面に結合している。好ましくは、マクロ粒子とミクロ粒子との間の結合は、少なくともマクロ粒子の材料で作られている。
I.特にボールミル又は固体を混合するのに適した他のミキサー内で、好適な溶媒を用いて、屈折率n=1.50〜1.60を有するガラス充填剤、特に、屈折率n=1.5〜1.60を有し、好ましくは1:1〜4のマクロ粒子対ミクロ粒子の比を有する上記のマクロ及び/又はミクロガラス充填剤粒子を分散させる工程、
II.分散したガラス充填剤、特に分散したマクロ及び/又はミクロガラス充填剤粒子を、450℃〜800℃で、焼結及び溶接する工程、
III.焼結したガラス充填剤、特にそれに結合したミクロガラス充填剤粒子を有するマクロガラス充填剤粒子を室温に冷却する工程、
IV.好ましくはマクロガラス粒子及びミクロガラス粒子を含む溶接した充填剤を分散させる工程であって、ミクロ粒子が、好適な溶媒、好ましくは無水アルコール中で、特に超音波分散機内で中心に位置するマクロ粒子に結合される、前記分散させる工程、
V.好ましくは、真空冷却乾燥機内で行われ、その際、ガラス粒子を含む粒状ガラス充填剤が得られる、前記ガラス充填剤の乾燥工程
を含む方法によって得られる上記のような粒状ガラス充填剤の製造方法である。特に、マクロ粒子の外表面に位置するミクロ粒子への結合を有する中心に位置したマクロ粒子を含有するガラス粒子が得られ、その際、これらの結合は前記粒子の材料からなり、ガラス粒子の屈折率nは、n=1.50〜1.60の範囲である。最も好ましくは、非晶質の粒状ガラス充填剤が得られる。
− 室温から600℃(5℃/分)の後、700℃/710℃/720℃(2℃/分)まで加熱すること及び
− この温度を2時間維持すること;
− 700℃/710℃/720℃から300℃(2℃/分)まで冷却すること及び
− 室温まで自然に冷却すること(工程III)。
− 上記の工程I〜V、
− 工程VIであって、
VI A 好適なシラン加水分解物によりスラリーを処理した後、アルコールを蒸発させること;
VI B 圧延機内で粉砕すること;
VI C 任意に100メッシュの篩いを通して、篩い分けすること;
VI D 任意に約12時間、生成物を保持すること;及び
VI E 最終的に乾燥させること
によって行われる、前記工程VI
を含む。
− 工程I:3kgのガラス充填剤を、5mmのZrO2ボール12kgに加えて3200gの水及び0.1%のアルコールと一緒に、ミラー(10L)中に、30rpmで24時間分散させること、
− ガラス充填剤を真空乾燥機内で乾燥させること、
− 工程II〜III:ナーバザムN30/85HAを使用して上記の温度曲線を用いて焼結及び溶接すること、
− 工程IV:1750mlの無水アルコール中で、150gの溶接充填剤と一緒に特別な超音波分散機によって分散し、その際、分散を24時間行うこと、
− 好適なシラン加水分解物による上記のようなシラン化、及び
− 工程V:105℃で8時間の乾燥
を含む。
非スランピングコンシステンシー(non slumping consistency)及び有利な加工性;
高速研磨性;
曲げ強度及びヤング係数で表される高い機械的強度;
粗さの値で表される、低摩耗、
高反射によって表される、高光沢安定性、特に、恒久的な光沢安定性であり、且つ有利な取り扱い性、特にモデル挙動及び形状安定性を有する放射線不透過歯科用材料を構築することである。
方法
歯科用材料の光沢度の測定方法
BYKガードナーGmbH社(82538ゲーレッツリード、独国)製の光沢試験装置(角度60°)を使用した。平均値を、試料当たり5回の測定から得た。
表面レーザースキャナーシステム(OPM GmbH社、76275エットリンゲン、独国)を使用して、表面構造と粗さを分析した。レーザー光の反射度を使用して表面反射レベルを評価した。解像度を100P/mmに設定した。
工程1:微粉砕
装置:ボールミル機(ミル化タンクの組成物は、基本的にガラス充填剤と同じである)
方法:3kgのガラス充填剤を、ミラー(10L)内に5mmのZrO2ボール(12kg)と一緒に入れ、3200gの蒸留水と0.1%のアルコールを加え、30rpmで24時間回転させる。
工程1で得られた微粉砕したガラス充填剤を、従来の真空冷却乾燥機内で乾燥させる。
装置:ナーバザムN30/85HA空気循環室炉
方法:工程2で得られた生成物を炉内に導入し、室温から600℃(5℃/分)に加熱し、その後、700℃/710℃/720℃(2℃/分)に加熱し、2時間この温度に保つ;その後、700℃/710℃/720°Cから300℃(2℃/分)に冷却し、室温まで自然に冷却する。
装置:特別な超音波分散機
方法:工程3で得られた150gの溶接充填剤を、1750mlの無水アルコール中に入れて、24時間分散させる。
装置:回転蒸発器
充填剤含有歯科用複合材ペーストにおいて、従来の充填剤を異なる充填剤と交換し、以下に示す充填剤の組み合わせを混合して、当該技術分野で知られる光開始剤の存在下で光により重合させる。歯科用材料の複合材を以下の第1表にまとめる。
ビス−GMA:ビスフェノール−A−(ジ)−メタクリレート
TEGDMAとしても知られるTEDMA:トリエチレングリコール−ジメタクリレート
NF180:非常に微細なガラス充填剤、粒径d50=180nm(ショット社製、独国)粒径分布:d50:180+/−30nm、d99>/=500nm
ガラス溶接充填剤(695℃、0.4μ):従来のケイ酸バリウムガラス充填剤粒子、中心粒子の平均粒径は0.4μmであり、実施例1と同様に695℃で溶接する。
プレポリマー(又はスプリント”):架橋メタクリレートの存在下で重合した、シラン化熱分解法シリカを含有する粉砕ポリマー粒子。
− 工程I:3kgのガラス充填剤を、5mmのZrO2ボール12kgと一緒に、3200gの水と0.1%のアルコールを加えて、ミル(10L)内で、30rpmで24時間分散させる。ボールミル機を使用し、その際、ミルタンクの成分は、基本的にガラス充填剤と同じである。
− ガラス充填剤を真空乾燥機内で乾燥させる。
− 工程II−III:焼結と溶接を、以下の温度曲線で、ナーバザムN30/85HAによって実施する:
− 室温から600℃(5℃/分)に加熱し、その後、700℃/710℃/720℃(2℃/分)に加熱し、この温度を2時間維持する;
− 700℃/710℃/720℃から300℃(2℃/分)に冷却し、且つ
− 室温まで自然に冷却する(工程III)。
− 工程IV:150gの溶接した充填剤を、特別な超音波分散機を用いて、1750mlの無水アルコール中に分散させ、その際、分散を24時間行い、
− 粒状ガラス充填剤のシラン化を回転蒸発器内で行った。無水アルコールと溶接した充填剤を有するスラリーを、回転式フラスコ中に充填し、好適なシラン加水分解物を加え、その後、アルコールを蒸発させる(シラン加水分解物の算出:0.00965×シラン化充填剤の質量×表面積)。最終的に、シラン化した本発明の粒状ガラス充填剤を、フラスコから取り出し、圧延機内で粉砕し、その後、100メッシュの篩いで篩い分けし、最終的な乾燥前に約12時間保持する(工程V)。
− 工程V:105℃で8時間の乾燥。
次のものから混合したペースト:
− ビス−GMA/TEDMA液体+ガラス溶接充填剤(675℃、0.4μm)+追加的にNF180、シラン化
− ビス−GMA/TEDMA+72% NF180+2% プレポリマー充填剤
− ビス−GMA/TEDMA+72% ガラス溶接充填剤(675℃、0.4μm)+2% プレポリマー充填剤
− ビス−GMA/TEDMA+72% 従来のケイ酸バリウムガラス充填剤(0.85μm)+2% プレポリマー充填剤(参照)
プレポリマーの%:上記の通り;
0.85μmの%:従来のケイ酸バリウムガラス充填剤、平均粒径0.85μm
0.4μmの%:本発明によって様々な温度で溶接した充填剤
0.85μmの%:上記のような本発明NF180の範囲外の様々な温度で溶接した充填剤
上記のようなビス−GMA/TEDMAモノマー組成物70:30
GM及び6桁の数字:様々なバッチ
BHB ヘレウス系列会社の省略形
以下のペーストを重合し;反射と粗さを測定した。
本発明による0.4μmの充填剤を含む本発明の範囲内の組成物は、従来の充填剤材料と比較して優れた曲げ強度及びヤング係数の値を示す。本発明による溶接した充填剤とプレポリマー(スプリント)との充填剤−組み合わせは、両方の試験において最も強い組成物である。
)は、驚くことに、良好な耐摩耗性(即ち、低い粗さ)と良好な反射の最適なバランスを提供する。図の左からの最初の6つの棒によって表される残りの組成物は、低反射値だが、良好な耐摩耗性を示す技術水準の組成物である。ガラス充填剤[BHB、GM、VP110516/1Ju(72%の0.18μm+2%のプレポリマー]と[BHB、GM、VP110329/2Ju(70%の0.18μm+5%のプレポリマー]の両方が、6.2/7.1%の良好な反射を示すが、1.08/1.05μmのそれらの平均粗さは満足のいくものではない(表2)。
本発明によるガラス充填剤[BHB、GM#201103(56% 0.4μm/695℃+18.5% 0.18μm]は、45.6/45.3μmの平均深さと0.4334/0.4271mm3の容量の損失(第3表)を示す、マクロ粒子[BHB、GM、VP110516/1Ju(72% 0.18μm+2%プレポリマー]及び[BHB、GM、VP110329/2Ju(70% 0.18μm+5%プレポリマー]の外表面上のプレポリマーと合わせた技術水準のガラス充填剤と比較して、39.3μmの減少した深さと0.3871mm3の減少した容量の損失を示す。
要約すると、0.4μmの溶接ガラス粒子を有する組成物は、機械的強度と反射率(光沢安定性)との間の最適なバランスを示し且つ非常に良好な機械的強度を有する。
Claims (12)
- ガラス粒子を含む粒状ガラス充填剤であって、前記ガラス粒子が、マクロガラス粒子の外表面上に位置するミクロガラス粒子との結合を有する中心に位置するマクロガラス粒子を含有し、結合が前記粒子の材料からなり、且つガラス粒子の屈折率nが、n=1.50〜1.60の範囲であり、
前記マクロガラス粒子のサイズが、200〜600nmの範囲であり、前記マクロガラス粒子が、650℃よりも低い転移温度を有する歯科用ガラスから選択され、前記マクロガラス粒子が、n=1.50〜1.58の範囲の屈折率nを有し、かつ、
前記ミクロガラス粒子のサイズが100〜300nmの範囲であり、前記ミクロガラス粒子が、700℃よりも高い転移温度を有する歯科用ガラスセラミックスから選択され、前記ミクロガラス粒子が、n=1.52〜1.59の範囲の屈折率を有する、前記粒状ガラス充填剤。 - 結合が前記マクロガラス粒子の材料からなる、請求項1に記載の粒状ガラス充填剤。
- 前記マクロガラス粒子が、バリウム及び/又はストロンチウムを含む歯科ガラスから選択される、請求項1又は2に記載の粒状ガラス充填剤。
- 前記マクロガラス粒子が、ケイ酸バリウムアルミニウムガラス及び/又はケイ酸ストロンチウムアルミニウムガラスを含む歯科用ガラスから選択される、請求項1から3までのいずれか1項に記載の粒状ガラス充填剤。
- 前記ミクロガラス粒子が、750℃よりも高い転移温度を有する歯科用ガラスセラミックスから選択される、請求項1又は2に記載の粒状ガラス充填剤。
- 前記ミクロガラス粒子が、800℃よりも高い転移温度を有する歯科用ガラスセラミックスから選択される、請求項1又は2に記載の粒状ガラス充填剤。
- 前記ミクロガラス粒子のサイズが200nm+/−50nmの範囲である、請求項1に記載の粒状ガラス充填剤。
- 前記ミクロガラス粒子のサイズが180nm+/−50nmの範囲である、請求項7に記載の粒状ガラス充填剤。
- 前記ガラス粒子の平均粒径が、0.2〜1.0μmの範囲である、請求項1から8までのいずれか1項に記載の粒状ガラス充填剤。
- 前記ガラス粒子の平均粒径が、0.3〜0.6μmの範囲である、請求項1から9までのいずれか1項に記載の粒状ガラス充填剤。
- ガラス充填剤が非晶質である、請求項1から10までのいずれか1項に記載の粒状ガラス充填剤。
- 請求項1から11までのいずれか1項に記載の屈折率n=1.50〜1.60を有するガラス粒子を含む粒状ガラス充填剤の製造方法であって、以下の工程:
I.マクロ及びミクロガラス粒子を好適な溶媒を用いて分散する工程、その際、
前記マクロガラス粒子のサイズが、200〜600nmの範囲であり、前記マクロガラス粒子が、650℃よりも低い転移温度を有する歯科用ガラスから選択され、前記マクロガラス粒子が、n=1.50〜1.58の範囲の屈折率nを有し、かつ、
前記ミクロガラス粒子のサイズが100〜300nmの範囲であり、前記ミクロガラス粒子が、700℃よりも高い転移温度を有する歯科用ガラスセラミックスから選択され、前記ミクロガラス粒子が、n=1.52〜1.59の範囲の屈折率を有し、
II.600℃〜800℃で分散したマクロ及びミクロガラス粒子を焼結し且つ溶接する工程
III.焼結した、ミクロガラス粒子との結合を有するマクロガラス粒子を含有するガラス充填剤を室温に冷却する工程
IV.溶接した充填剤を好適な溶媒に分散する工程
V.前記ガラス充填剤を乾燥させる工程
を含み、
その際、ガラス粒子を含む粒状ガラス充填剤が得られる、前記製造方法。
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