TWI590841B - 二液型丙烯酸組成物 - Google Patents

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Description

二液型丙烯酸組成物
本發明係關於聚合物組成物，詳言之(但非獨占地)兩部分混合時反應形成硬化成固體之水泥的二液型丙烯酸組成物，容納該二液型組成物之雙筒注射器及產生該二液型組成物之方法。
藉由將丙烯酸系聚合物與單體混合在一起形成的可硬化組成物適用於大範圍應用中。特定效用發現於牙科、內科、黏著劑及建築應用，其中已使用該等材料超過40年。
牙科應用包括其於義齒基托、義齒基板、義齒襯墊、義齒修補、個人模托(custom tray)、牙冠及齒橋之飾面、人造牙、自然牙齒之飾面及修補以及牙齒恢復性填料。
內科應用包括其作為骨黏合劑之用途。骨黏合劑一般應用於填充骨腔，且詳言之用作修復性黏合劑、頭蓋骨黏合劑、椎體成形術及後凸成形術中以及用於製造成型物品之脊椎黏合劑，該等成型物品在肉體外硬化且接著可引入身體中。
黏著劑及建築應用包括眾多應用，諸如在接合、黏合、間隙填補、密封、層壓及形成多孔材料中之用途。
可硬化丙烯酸組成物一般由固體組分及液體組分構成。固體組分包含由聚合物粒子形成之粉末，且適當時，包含其他添加劑，諸如聚合引發劑及催化劑。液體組分包含液體單體及其他添加劑，諸如加速劑及穩定劑。當備用時，固體及液體組分混合在一起形成液體或半固體糊狀物，其在聚合引發劑及加速劑作用下黏度增加且硬化成固 體。
通常所用之固體組分由聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)的小球形珠粒(一般約20-150μm直徑)及少量聚合引發劑(諸如過氧化二苯甲醯(BPO))組成，BPO一般囊封於PMMA珠粒內，但其亦可以各別組分形式添加。液體組分一般為單體，通常為甲基丙烯酸甲酯(MMA)，其亦可含有聚合活化劑(諸如N,N-二甲基-對甲苯胺(三級胺)(DMPT))及抑制劑(諸如氫醌(HQ))以防止單體自發聚合。
當固體與液體組分混合在一起時，聚合物粒子以單體濕潤，溶劑化且開始熔解。溶劑合聚合物粒子向單體中釋放過氧化二苯甲醯引發劑，其與活化劑(若存在)相互作用產生自由基，自由基與單體反應且起始單體之室溫加成聚合。混合物開始具有相對低黏度且進展成越來越硬之系統，其最終完全硬化。
此不斷變化之混合物黏度特徵為黏團及固化時間，以及所獲得之最大放熱溫度，如BS ISO 5833：2002中所定義。認為黏團時間為混合物開始混合後達到黏團狀物質的時間長度，該黏團狀物質當溫和接觸時不黏附於手套指。認為固化時間為達到環境溫度與最大溫度之間的溫度之時間。
黏團及固化時間以及最大放熱溫度為判斷如何使用可硬化組成物的極重要參數。可在室溫下硬化之組成物(所謂「自行固化」或「冷固化」系統)的黏團時間通常為4至10分鐘且固化時間通常為10至25分鐘持續時間。此等參數有效界定操作員以所要方式操作黏團的時間週期，例如壓成用於義齒基托製造的義齒模具，或在臀部修補或置換期間壓入骨腔中，或在脊柱手術期間注射至脊椎腔中，或在工業固井作業期間壓入間隙或空腔中。明顯需要使操作員可獲得之操作時間最大化。理想地，此應不增加固化時間即可實現，因為固化時間界定黏合或固定操作的結束時間。因此，此將注意力集中於縮短黏團時 間。黏團時間由固體及液體組分之組合在混合後黏度立即升高的速率決定，且由多種因素控制，諸如聚合物珠粒粒徑及形狀、聚合物分子量及聚合物組成。
US 5,650,108(Nies等人)描述珠磨法處理PMMA珠粒及顆粒之混合物的用途。所得聚合物混合物接著與液體組分一起攪拌獲得約2分鐘後形成黏團之組成物。
US2007/0213425 A1(Higham及He)教示球磨法或噴射研磨製造經研磨PMMA或PMMA共聚物珠粒的用途，在與骨黏合劑之液體組分混合後，該等珠粒相較於未經研磨之珠粒展現縮短之黏團時間。
US 4,268,639(Seidel等人)描述快速黏團自行固化組成物，其基於PMMA與聚(甲基丙烯酸2-羥基乙酯)(PHEMA)之混合物作為固體組分以及MMA及/或甲基丙烯酸2-羥基乙酯(HEMA)作為液體組分。描述短至2分鐘之黏團時間以及至少6分鐘之操作時間。
US2007/0032567 A1(Beyar等人)描述快速黏團骨黏合劑組成物，其在混合單體與聚合物組分後180秒內達到至少500帕斯卡．秒(Pascal second)之黏度，及至少5分鐘之工作窗。據稱藉由使用不同尺寸分佈之珠粒獲得該等特徵。據稱直徑小於20μm之珠粒會促進以單體液體快速濕潤且造成快速過渡至黏性狀態。
PMMA珠粒尺寸對骨黏合劑之流變特性的影響已由Hernandez,L.；Goni,I.；Gurruchaga,M.,「Effect of size of pmma beads on setting parameters and rheological properties of injectable bone cements」,Transactions-7th World Biomaterials Congress,Sydney,Australia,2004年5月17日-2004年5月21日，第740頁研究。作者註釋「隨著小珠粒分數增加……，黏度很快開始增加。這是由於最小PMMA珠粒(<20μm)之溶劑化，此使聚合物質的黏度增加」。而且，「總之，可以說藉助於混合不同尺寸之珠粒獲得具有最佳流變特性之可注射骨黏合劑是可行 的」。
描述PMMA珠粒粒徑如何影響丙烯酸骨黏合劑之流變特性的另一頁為：Lewis G.及Carroll M,J Biomed Mater Res(Appl Biomater)63：191-199,2002。作者推斷對流變特性有重大影響的一個因素為小尺寸PMMA珠粒(平均直徑為0至40μm)的相對量。
對熱固化牙科樹脂之黏團時間的研究(McCabe,J.F.,Spence D.及Wilson H.J.,Journal of Oral Rehabilitation,1975第2卷，第199頁-第207頁)推斷「….短黏團時間之概念取決於大量小珠粒之存在。」推論小珠粒之粒子直徑D<20μm。
從以上描述可見，最通常描述的實現短黏團時間之方法為使PMMA聚合物粒子經受研磨，或故意將大比例直徑<20μm之PMMA聚合物粒子併入至可硬化組成物之固體組分中。研磨加工苦於受限於一次可研磨之珠粒量的弊端，若涉及大量材料，則導致長製造時間。此外，需要克服各批之間的重現性、各批之間清掃研磨及大量加工與人工處理期間引入污染的問題。控制<20μm直徑PMMA聚合物粒子於固體組分中之相對量並不簡單。一般藉由懸浮或分散聚合加工製造用於可硬化組成物中之PMMA珠粒。此涉及在液相(一般水)中聚合分散MMA單體液滴形成固體球形珠粒，其接著藉由過濾步驟與液相分離，洗滌移除分散劑，乾燥，接著篩分。然而，<20μm直徑之粒子相對難過濾及洗滌，涉及長且通常艱苦的加工時間。
收集大比例的小(<20μm直徑)PMMA聚合物粒子的替代方式為使用篩分法隔離最小粒徑分數與習知製備之懸浮聚合漿液。然而，產量相對低，篩分時間可能較長且仍存在如何處理篩子上保留的相當大量之較粗粒徑材料的問題。
產生大比例之小(<20μm直徑)PMMA聚合物粒子的另一方法為使用機械方法搗碎習知製造之材料的珠粒(例如藉由研磨、碾磨、壓碎 等)。然而，PMMA珠粒相對較硬，且因此一般需要長處理時間來顯著提高小(<20μm直徑)PMMA聚合物粒子的比例(通常球磨>24小時)。此外，該方法的各批之間的重現性相當差，有時迫使例如藉由篩分或摻合來進一步加工所得產品以達到所要粒徑分佈。
此使得具有大比例之直徑<20μm之粒子的PMMA的商業製造成為一項昂貴且有時冗長及不可靠的任務。
WO 2010/018412教示如何藉由使用聚結乳液聚合丙烯酸微粒網狀物作為固體聚合物組分之部分實現短黏團時間的問題解決方案。聚結乳液聚合微粒網狀物形成多孔或微孔丙烯酸聚合物粒子。聚合物粒子藉由乾燥液乳膠形成粉末來形成，乾燥乳液聚合物微粒之較佳方式為噴霧乾燥。乾燥聚結粒子後，將其用作可硬化二液型丙烯酸組成物之固體組分。
WO98/24398(Lautenschlager等人)描述藉由將兩種液體組分混合在一起製備的低孔隙度骨黏合劑系統。各液體組分由PMMA於MMA單體中之溶液組成，一種溶液含有引發劑(例如BPO)且另一種溶液含有活化劑(例如DMPT)。此系統之弊端為有限之儲存穩定性、相對高聚合放熱量及製備溶液所需之必要較高含量之MMA產生的增加之收縮。
WO2010/005442(Hasenwinkel等人)藉由將交聯之PMMA珠粒併入至溶液中，在一定程度上克服此等弊端。然而，仍存在有限之儲存穩定性的弊端。
US2011/0054392及EP 2,139,530(Nies)描述用於改善包含兩種組分的活性成分之釋放的植入材料。第一組分包含聚合物粉末與BPO引發劑之混合物，其係藉由添加水、表面活性劑(例如Tween 80)及水溶性聚合物(例如羧甲基澱粉)而製成穩定不沈降糊狀物。第二組分包含PMMA溶解於MMA單體加DMPT加速劑中之溶液。將各組分裝入至雙 室注射器之分隔隔室中且藉由經靜態混合器擠壓混合。高水含量提供最終硬化產品中的高孔隙度，促進活性成分之改良釋放。然而，相對高孔隙度(通常約16%及16%以上)形成機械特性降低之弊端，例如低於習知骨黏合劑可接受的降低之抗壓強度。
其他先前技術文件De Wijn,J.Biomed.Mater.Res.Symposium,第7號，第625頁-第635頁(1976)；US 4,093,576；Boger等人，J.Biomed.Mat.Res.Part B：Applied Biomaterials，第86B卷，第2部分，第474頁-第482頁(2008)及WO2004/071543論述向骨黏合劑系統中納入水，但並非用於經雙室注射器傳遞及藉由壓過靜態混合器混合。
De Wijn在J.Biomed.Mater.Res.Symposium，第7號，第625頁-第635頁(1976)中及US 4,093,576中描述習知聚合物粉末與粉末形式之膠凝劑(例如羧甲基纖維素(CMC))混合。接著添加單體形成黏合劑黏團，隨後添加水與CMC發生膠凝。所得混合物接著固化形成多孔材料。據稱多孔材料之開口孔隙結構允許隨時間侵入組織，以使植入物與周圍結締組織或骨骼進一步錨定。然而，材料之多孔性又產生相較於習知骨黏合劑降低之機械特性的弊端。
Boger等人在J.Biomed.Mat.Res.Part B：Applied Biomaterials,第86B卷，第2部分，第474頁-第482頁(2008)中及Bisig等人在WO2004/071543中描述用於骨質疏鬆骨骼之可接受低模數PMMA骨黏合劑。此系統由三種組分組成，即習知兩種組分之骨黏合劑的粉末及液體組分，加玻尿酸的水溶液。聲稱機械特性接近於人類疏質骨的所得多孔材料顯著低於習知骨黏合劑之機械特性。
若一種或兩種液體之黏度過高或液體黏度彼此顯著不同，當諸如藉由連接於注射器或填縫槍之雙隔室的靜態混合器混合第一液體部分與第二液體部分時可能出現其他問題。
該問題之一種解決方案為降低第一液體部分之黏度且使其與第 二液體部分之黏度更緊密匹配。
可藉由增加第一液體部分中液體載劑(例如水)之量來簡單地降低第一液體部分之高黏度。然而，反應之二液型丙烯酸組成物中高含量之水增加孔隙度之量，且因此降低骨黏合劑之機械特性。
令人驚奇地，亦已發現不靠非所要方法(諸如增加作為液體載劑之水的量)降低第一液體部分之黏度的方法。
本發明之一或多個目標為提供一或多種上述問題的解決方案。
根據本發明之第一態樣，提供可硬化二液型丙烯酸組成物，其包含可穩定儲存之第一液體部分及可穩定儲存之第二液體部分，該等部分在混合時會彼此反應形成硬化之黏合劑，組成物進一步包含丙烯酸單體組分及其含量可使單體組分有效聚合之引發劑組分，其中該單體組分及該引發劑組分呈分開部份位於該二液型組成物中，，使得單體組分可穩定儲存，其特徵在於第一液體部分包含在液體載劑中的乳液聚合丙烯酸聚合物粒子。
液體載劑中之乳液聚合粒子較佳為丙烯酸聚合乳液形式。液體載劑較佳為水。因此，聚合乳液較佳為水性乳液。水載劑可包括其他組分。此等組分可溶解於水中，諸如選自以下之增溶劑：聚乙二醇、丙三醇及D-山梨糖醇。
丙烯酸聚合乳液可為第一液體部分提供連續相。丙烯酸聚合乳液通常由乳液聚合丙烯酸聚合物粒子、至少一種乳化劑及水組成。
在一組替代實施例中，本發明延伸至硬化二液型丙烯酸組成物，其可包含可穩定儲存之第一液體部分及可穩定儲存之第二液體部分，該等部分在混合時會彼此反應形成硬化之黏合劑，組成物進一步包含丙烯酸單體組分及其含量可使單體組分有效聚合之引發劑組分，其特徵在於第一液體部分包含含在液體載劑中之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子。
通常，第二液體部分包含單體組分。此組實施例亦可具有本文之第一或其他態樣的任一特徵，除非該等特徵相互排斥。
益處
組成物宜包括丙烯酸聚合物乳液，其提供用於懸浮於其中之乳液聚合丙烯酸粒子(通常微粒)之液體載劑，使得代替提供組成物之通常固體聚合物粉末組分作為液體。液體乳液第一部分或第二液體部分各自亦可具有獨立懸浮於其中之其他組成物組分。
此外，藉由直接使用以主要乳液形式製備的乳液聚合丙烯酸粒子，在一些實施例中提供額外益處，能夠在雙室注射器或填縫槍之各別隔室內以液體形式(諸如乳液、分散液、糊狀物或溶液)儲存及傳遞可硬化組成物的各組分。此等組分接著可藉由串聯壓過施加至注射器/填縫槍的混合尖端(諸如施加至注射器/填縫槍之靜態混合器或螺旋式混合器)便利地根據需要混合且直接傳遞至所要部位，藉此克服手工混合之不便。此外，可硬化組成物之混合更具重現性、更安全且可靠。
此外，在雙室注射器或填縫槍之各別室中儲存個別組分提供避免手工混合中遭遇的被操作員暴露於危險單體之風險的益處。在向所要部位施加黏合劑期間直接實現混合。
此外，在一些實施例中，亦可提供拋棄式混合尖端，使得可藉由附接另一混合尖端在一個以上場合使用雙室注射器或填縫槍。雙室至今未成為可能，因為習知粉末不能壓入噴嘴中。因此，必須在放置於單室注射器之前混合粉末與液體組分。該混合物儲存不穩定，使得不能選擇隨後再使用具有置換混合尖頭的材料筒身。
本發明之另一優勢為二液型組成物之組分具有長期儲存穩定性。
本發明之另一優勢為乳液聚合丙烯酸粒子可直接用於液乳膠中 以產生具有縮短之黏團時間的可硬化組成物而不產生聚結乳液聚合微粒網狀物，該網狀物藉由使液乳膠乾燥形成粉末形成。因此，此節省大量能源成本且改良製造效率。
本發明之二液型可硬化組成物亦獲得硬化期間之低最大放熱溫度，因此在骨黏合劑之情形中避免組織壞死，此為丙烯酸骨黏合劑的熟知問題。
本發明形成之可硬化組成物亦展現長操作時間，藉此在應用期間向操作員提供較長時間來以所要方式操作黏合劑黏團。
有利地，因為第一液體部分中存在水，所以最終固化硬化黏合劑組成物為多孔的。此孔隙度允許可硬化組成物之機械特性與例如脊椎骨之多孔性匹配，藉此避免與植入模數比周圍自然骨骼高的人工材料相關的熟知問題。然而，亦可改變化學式來調整孔隙度程度及改變機械特性，例如實現滿足ISO 5833：2002之要求的機械特性。
此外，因為孔隙度，設置本發明組成物後的聚合收縮可能低於基於粉末/液體組合之習知可硬化組成物通常所預期的收縮。
當用作骨黏合劑時，本發明之另一優勢為控制孔隙度(尺寸及外形)允許改良對抗生素及其他藥物向周圍骨骼及組織中之控制釋放的控制。
聚合物珠粒
如上文所述，第一液體部分含有乳液聚合丙烯酸粒子，較佳微粒。二液型丙烯酸組成物較佳亦包含至少一種其他類型之丙烯酸聚合物粒子。至少一種其他類型之丙烯酸聚合物粒子較佳為聚合物珠粒。該等珠粒較佳不由乳液聚合粒子形成，但較佳由習知聚合加工製造。該等聚合物珠粒為丙烯酸聚合物組成物領域之熟練人員所熟知且例如可為整體、溶液或懸浮液聚合製成者。通常，珠粒可由懸浮液聚合製成。二液型丙烯酸聚合物組成物中可存在一種以上其他類型之丙烯酸 聚合物粒子，其平均粒徑及/或分子量可彼此不同。舉例而言，可存在兩種、三種或四種所述其他類型之丙烯酸聚合物粒子。珠粒與第一液體部分混合形成聚合物珠粒於液體載劑中之分散液。通常，此為珠粒聚合物於連續乳液相中之分散液。
除非另外指出，否則如本文所用之術語珠粒不欲限制性解釋，且係指任何適合尺寸、形狀及表面結構的離散聚合物粒子。
聚合物及其他組分量
通常，聚合乳液粒子與可能存在之其他類型的聚合物粒子形成二液型丙烯酸組成物在混合前所存在的至少98%聚合物，更佳至少99%，最佳約100%二液型丙烯酸組成物在混合前所存在的聚合物。混合後，單體聚合且使混合之組成物形成黏合劑，其逐漸硬化，最終成為固體。
通常，二液型組成物之第一液體部分的固體含量在10重量%-95重量%，更通常20重量%-92重量%，最通常30重量%至90重量%之範圍中。
較佳範圍視所要特性(例如機械特性)而定。舉例而言，為了在所得固體中實現大於40MPa之抗壓強度，二液型組成物之第一液體部分之固體含量的較佳範圍為60重量%至95重量%，更佳65重量%至95重量%，最佳70重量%至90重量%。
乳液聚合丙烯酸聚合物粒子與可能存在之其他類型之聚合物粒子的總量通常形成50重量%-99.9重量%，更佳60重量%-97.5重量%，最佳65重量%-94.5重量%二液型丙烯酸組成物之第一部分的固體含量。其餘一般由其他固體組成，其可為填充劑、顏料、染料、催化劑及引發劑，儘管亦可能存在殘餘乳化劑。
本發明態樣之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子與全部該等其他類型之丙烯酸聚合物粒子(若存在)的比率隨最終應用變化。然而，在一些 應用(諸如骨黏合劑)中宜使其比率在2：98至50：50w/w之間，更佳3：97至40：60w/w之間，最佳5：95至30：70w/w之間。該比率在短黏團時間與長操作時間之間產生良好平衡。然而，不應因此產生任何限制，且其他較高乳液聚合粒子比率亦可能，諸如形成第一部分之聚合物組分的100重量%乳液聚合粒子，或30：70至70：30，更通常40：60至60：40之比率。
第一部分之液體載劑足以用作固體組分之液體載劑，不管是乳化還是懸浮於其中。液體因此可形成5重量%-90重量%，更通常8重量%-80重量%，最通常10重量%至70重量%之第一液體部分。
第二液體部分可包括單體、水或其他溶劑作為液體組分，其足以提供用於其他組分之液體載劑，其可包括熟練技術人員已知的其他聚合物組成物組分，諸如聚合物、引發劑(若不存在單體)、填充劑、顏料、染料、催化劑、加速劑、塑化劑等。就此而言，儘管可使用液體載劑(諸如水或有機溶劑)中之引發劑糊狀物，視情況在增塑劑存在下形成第二液體部分，但更典型具有丙烯酸單體作為第二部分之液體載劑，視情況有丙烯酸聚合物粒子溶解於其中且添加有其他組分，諸如加速劑、填充劑、染料等。一般而言，未混合組成物中在第二部分或第一部分中之單體之量在10重量%-70重量%，更通常15重量%-60重量%，更佳20重量%-50重量%範圍中。
當單體與其他類型之丙烯酸聚合物粒子皆形成第二液體部分之主體時，丙烯酸單體：聚合物之比率在99：1至60：40w/w之範圍中。
第一液體部分與第二液體部分之比率較佳在2：1至1：20質量比，更佳1：1至1：2質量比之範圍中。
通常，二液型丙烯酸組成物中填充劑含量為0-49.9重量%丙烯酸組成物，更佳2重量%-39.9重量%，最佳5重量%-34.9重量%。填充劑可存在於兩個部分的任一者中或可分配於兩個部分中。
加速劑可以0.1質量%至5質量%，更通常0.5質量%-3質量%之範圍存在於未混合之組成物中。
二液型丙烯酸組成物中未反應引發劑(殘餘或添加)之總含量通常為0.1重量%-10重量%，較佳0.15重量%-5重量%，更佳0.2重量%-4.0重量%丙烯酸組成物。
若引發劑用於一種組分中，則此可囊封於聚合物珠粒內或聚合物乳液內或各別地添加。
若聚合物溶解於單體中，則聚合物必須含有極低含量之殘餘引發劑以避免縮短存放期。
引發劑可存在於第一聚合物粒子及(若存在)形成丙烯酸聚合物組成物的其他類型聚合物粒子兩者中。第一聚合物粒子及(若存在)其他聚合物粒子中之引發劑可為用於形成粒子的殘餘量之未反應引發劑，其因此為過量引發劑的等效物。或者或另外，可向二液型組成物中添加一些引發劑作為各別組分。在乳液聚合丙烯酸粒子中，與第二部分反應之前存在的殘餘引發劑之含量通常為0.001重量%-10重量%，較佳0.1重量%-6重量%，更佳0.1重量%-5重量%乳液聚合丙烯酸粒子。
引發劑較佳以將實現單體組分聚合之含量存在，即至少大於90%聚合，更通常大於93%，更通常大於95%聚合。
第一液體部分之液體組分可為水或其他液體，諸如單體、有機溶劑、增塑劑、液體聚合物、稀釋劑，更通常水及視情況存在之丙烯酸單體。
若第一部分中存在一種以上類型之丙烯酸聚合物粒子，則其他類型之聚合物粒子與第一部分乳液混合形成水乳液相中之懸浮液或溶解於單體(在第二部分中存在之引發劑的情形中)中形成懸浮於連續乳液相中之溶液，或乳液懸浮於連續單體溶液相中。在任何情形中，聚合物組分通常在熟練技術人員已知的適合其他聚合物組成物組分存在 下。該等聚合物組成物添加劑包括引發劑、乳化劑、催化劑、顏料、染料及填充劑。
特定材料
可用於引發乳液聚合之引發劑且因此可形成組成物中引發硬化過程之殘餘引發劑者為過硫酸鹽(例如鉀、鈉或銨)、過氧化物(例如過氧化氫、過氧化二苯甲醯、第三丁基過氧化氫、第三戊基過氧化氫、二-(2-乙基己基過氧二碳酸酯或過氧化月桂醯)及偶氮引發劑(例如4,4'-偶氮雙(4-氰基戊酸))。
除了上述乳液引發劑之外，硬化階段之尤其較佳引發劑為過氧化二苯甲醯。
可用於無乳化劑之乳液聚合且因此以殘餘引發劑形式存在的引發劑包括：水溶性離子引發劑，諸如過硫酸鉀、過硫酸鈉或過硫酸銨。
此外，可向組成物中獨立添加任何一或多種上述引發劑。
在一特定較佳實施例中，乳液粒子在其聚合物基質中併入引發劑。因此，在此實施例中，引發劑並非各別地添加至組成物之第一液體部分中。
有利地，可硬化組成物之引發劑可在粒子之乳液聚合期間以過量引發劑添加，使得一些引發劑用於乳液粒子之聚合中，但隨著乳液粒子形成，過量引發劑併入至聚合物基質中。隨後，在以單體濕潤及溶解後，釋放引發劑且因此能夠起始硬化階段。在核/殼粒子中，引發劑較佳併入外殼中(亦即在多階段乳液聚合過程之最終階段期間)，且因此在最終殼聚合階段使用過量引發劑。在第一及其他類型之聚合物粒子聚合期間，亦可使用一種以上引發劑。在多種引發劑之情形中，有利地是引發劑中之一者在聚合中實質上用盡且第二引發劑過量且僅部分使用，從而過量之第二引發劑併入至粒子中。此程序可由具 有不同半衰期之引發劑輔助，使得較佳用盡較短半衰期之引發劑(亦即在既定溫度及反應介質中具有較高分解速率的引發劑)。此外，可使用較高溫度驅使聚合在第一引發劑存在下完成，而較低溫度可延遲單體在打算用作殘餘引發劑之第二引發劑存在下的聚合。然而，一些第二引發劑將不可避免地用盡，因為欲將引發劑併入粒子中，必須在第二引發劑存在下發生一些聚合。不管使用一或多種引發劑，剩下作為殘餘引發劑之引發劑的量視引發劑暴露於聚合條件及反應物的時間以及對第一引發劑(若存在)之相對反應性而定。熟練人員應瞭解，殘餘引發劑之確切量將視實驗條件而定且容易藉由試驗及誤差判斷，接著藉由小心控制單體及引發劑之量以及加工條件使其可重現。過量引發劑之添加時間亦與聚合物之分子量有關。若在聚合中添加過早，則粒子之分子量將降低。因此，所需分子量亦將影響過量引發劑之添加時間，使得併入過量引發劑而達到特定應用所需之分子量。
為了避免疑問，「過量引發劑」意謂並非完全聚合丙烯酸聚合物粒子所必需且可在丙烯酸聚合物粒子的最初聚合終止後用於隨後反應的引發劑部分。
液體組成物之乳液聚合丙烯酸粒子較佳在其聚合物基質中併入適合引發劑化合物，在多階段乳液粒子之情形中，引發劑在最終階段併入其外殼中。
囊封殘餘引發劑或添加之引發劑(例如過氧化二苯甲醯)之量的變化對改變可硬化組成物之固化時間有作用。增加引發劑含量導致固化時間縮短。此外，丙烯酸單體組成物中加速劑(例如DMPT)之量的變化亦可影響固化時間。增加促進劑濃度導致固化時間縮短。
在醫學及一些牙科應用中，填充劑宜為對x射線不透明的填充劑，使得其在處理或手術期間可藉由x射線觀察。用於此目的之適合填充劑包括囊封於聚合物粒子內或游離之硫酸鋇及二氧化鋯。在義齒 生產或工業應用中，可使用其他填充劑代替且此等將為熟習該領域之熟練技術人員已知。此外，可使用有機x射線不透明單體代替填充劑。此等可在製造或併入丙烯酸單體組成物期間共聚成任一種丙烯酸聚合物粒子。典型有機x-射線不透明單體包括鹵化甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯，例如甲基丙烯酸2,3-二溴丙酯或2-甲基丙烯醯氧基乙基-2,3,5-三碘苯甲酸酯。
可用於乳液聚合且因此存在於隨後第一液體部分中之乳化劑為習知乳液聚合中典型的乳化劑，包括陰離子乳化劑(例如二辛基磺基丁二酸鈉、月桂醇聚氧乙烯醚琥珀酸單酯磺酸鈉(disodium ethoxylated alcohol half ester of sulfosuccinic acid)、N-(1,2-二羧基乙基)-N-十八烷基磺基丁二酸四鈉、硫酸化烷基酚乙氧基化物之鈉鹽、烷磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉或2-乙基己基硫酸鈉)、非離子乳化劑(例如聚乙二醇壬基苯基醚、聚氧化乙烯辛基苯基醚或雙官能基氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物)或陽離子乳化劑(例如溴化十六烷基三甲基銨或烷基聚乙二醇醚銨甲基氯)。適於與丙烯酸乳液一起使用的反應性或可聚合乳化劑或界面活性劑亦可使用，例如十二烷基烯丙基磺基丁二酸鈉、十二烷基苯乙烯基醚磺酸鈉(styrene sodium dodecylsulfonate ether)、甲基丙烯醯胺乙基磺酸十二烷基鈉(dodecyl sodium ethylsulfonate methacrylamide)、聚氧化乙烯或氧化乙烯/氧化丙烯嵌段共聚物之甲基丙烯酸或乙烯基苯甲基大單體或溴化甲基丙烯醯基乙基十六烷基二甲基銨。
可藉由熟練技術人員已知用於將固體或液體與液體混合的任何適合技術混合第一液體部分之其他組分與液體載劑之混合。
如使用Malvern Zetasizer nano series S粒徑分析器藉由光散射測定(向量測光析管中之1ml去離子水中添加一滴乳液，使測試樣品在25℃下平衡且使用工具提供之軟體測定Z平均粒徑)，乳液聚合丙烯酸 聚合物粒子之Z平均粒徑較佳小於2000nm，更佳小於1000nm，最佳小於800nm，尤其小於500nm。如上文所述使用Malvern Zetasizer藉由光散射測定，乳液聚合粒子的較佳Z平均粒徑範圍為10-2000nm，更佳20-1000nm，最佳50-500nm，尤其100-450nm。
乳液聚合丙烯酸粒子的核殼(C：S)比通常為C：S 95：5重量%至C：S 40：60重量%，更通常C：S 90：10重量%至C：S 50：50重量%，較佳C：S 85：15重量%至C：S 70：30重量%。
通常，乳液聚合丙烯酸聚合物粒子可為單階段或多階段的，亦即所謂核/殼粒子。就此而言，使用單種單體(諸如甲基丙烯酸甲酯)製造晶種、核及殼可能足夠。在此情形中，尤其若晶種、核及殼之組成物及分子量設計為相同，則可使用熟練技術人員已知的標準單階段乳液聚合技術。然而，為了獲得對結構(尤其其組成、粒徑及分子)量展現一些控制的乳液粒子，較佳使用多階段核-殼乳液聚合法。
為了藉由乳液聚合製造核-殼粒子，宜採用廣泛使用的最初形成晶粒之方法，其又用作進一步生長的核，亦即產生聚合核，接著產生殼。V.L.Dimonie等人，「Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers」,P.A.Lovell及M.S.El-Aasser編，John Wiley & Sons Ltd,第9章，第294頁-第326頁，(1997)更詳細描述該概念。可使用無乳化劑技術(亦即使用水溶性離子引發劑，諸如過硫酸鉀、過硫酸鈉或過硫酸銨產生的粒子穩定)或藉由使用乳化劑形成晶粒及使晶粒穩定。形成晶粒後，依序添加單體及引發劑的其他等分試樣形成核及殼。
第一液體部分及第二液體部分之布絡克菲爾德黏度(Brookfield viscosity)範圍可介於10與10,000厘泊(centipoise)之間，更佳介於500與7,000厘泊之間，仍更佳介於1,000與5,000厘泊之間，最佳介於1,500與4,000厘泊之間。
第一液體部分包含乳液聚合丙烯酸聚合物粒子與其他類型之丙 烯酸聚合物粒子(例如丙烯酸聚合物珠粒)之混合物的情形中之特定問題為第一液體部分之黏度相較於第二液體部分可能相對較高，當第二液體部分為由溶解於丙烯酸單體中之丙烯酸聚合物構成的相對低黏度糖漿時尤其如此。如上文所述，若液體中之一者或兩者的黏度過高或兩種或兩種以上液體之黏度彼此顯著不同，則此可能有問題。
在本發明中，因此宜控制第一液體部分之黏度，使得黏度降低至提供自具有兩個或兩個以上容器之裝置(諸如雙筒注射器)的分隔之各別容器向其出口傳遞兩部分骨黏合劑的適合黏度之程度。通常，該等裝置亦需要混合器(諸如靜態混合器)將多個容器之擠出物在出口之前混合在一起。硬化組成物隨著穿過混合器向裝置出口前進時增加之黏度可能受第一液體部分之黏度影響。可藉由以下方式改變第一部分之組分實現對第一液體部分之黏度的控制：(i)提供具有相對大z平均粒徑之本發明第一部分的乳液聚合丙烯酸聚合物粒子；及/或(ii)在第一部分中提供各別z平均粒徑不同於本發明第一乳液聚合丙烯酸聚合物粒子的第二或其他群體之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子；及/或(iii)在第一部分中提供兩種或兩種以上其他類型之丙烯酸聚合物粒子群體，該等其他類型具有彼此不同之各別平均直徑粒徑。
因此，乳液聚合丙烯酸聚合物粒子及/或第二或其他群體之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子的z平均粒徑可獨立地大於100nm，更佳大於200nm，例如在100-900nm範圍中，最佳200-800nm。
此外，其他丙烯酸聚合物粒子的平均直徑粒徑可為10-1,000μm，較佳15-600μm，更佳20-400μm，最佳25-300μm。
因此，根據本發明之第二態樣，提供可硬化二液型丙烯酸組成物，其包含可穩定儲存之第一液體部分及可穩定儲存之第二液體部 分，該等部分混合時會彼此反應形成硬化之黏合劑，組成物進一步包含丙烯酸單體組分及其含量可使單體組分有效聚合之引發劑組分，其特徵在於第一液體部分在液體載劑中包含第一群體之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子以及z平均粒徑不同於第一乳液聚合丙烯酸聚合物粒子的第二或其他群體之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子。
該單體組分及該引發劑組分較佳呈分開部份位於該二液型組成物中，使得單體組分可穩定儲存。
因此，根據本發明之第三態樣，提供可硬化二液型丙烯酸組成物，其包含可穩定儲存之第一液體部分及可穩定儲存之第二液體部分，該等部分混合時會彼此反應形成硬化之黏合劑，組成物進一步包含丙烯酸單體組分及其含量可使單體組分有效聚合之引發劑組分，其特徵在於第一液體部分在液體載劑中包含第一群體之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子以及兩種或兩種以上其他類型之丙烯酸聚合物粒子群體，該等其他類型具有彼此不同之各別平均直徑粒徑。
該單體組分及該引發劑組分較佳呈分開部份位於該二液型組成物中，使得單體組分可穩定儲存。
較佳地，若存在兩個或兩個以上群體之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子，則各類型存在至少1重量%，更佳5重量%，最佳10重量%。舉例而言，若存在兩種類型，則典型比率在1-99：99-1重量%範圍中，更通常10-90：90-10重量%範圍中。對於其他實例，若存在三種類型，則典型比率在1-98：98-1：98-1重量%範圍中，更通常5-90：90-5：90-5重量%範圍中。
較佳地，若存在兩個或兩個以上群體之其他類型的丙烯酸聚合物粒子，則各類型存在至少1重量%，更佳5重量%，最佳10重量%。舉例而言，若存在兩種類型，則典型比率在1-99：99-1重量%範圍中，更通常10-90：90-10重量%範圍中。對於其他實例，若存在三種類型， 則典型比率在1-98：98-1：98-1重量%範圍中，更通常5-90：90-5：90-5重量%範圍中。
混合本發明任一態樣中該第一及第二部分產生之固體的抗壓強度大於40MPa，更佳大於70MPa。所產生固體中發現之抗壓強度的典型範圍為40-130MPa，更佳70-130MPa。
定義：
「位於各別部分」意謂若該單體組分位於第一部分，則該引發劑組分位於第二部分，且反之亦然。
本文之術語「液體」不需要定義，因為熟練技術人員已良好理解。然而，為了避免疑問，其包括容許藉由施加壓力經注射器或填縫槍出口傳遞的可流動材料，諸如漿料或糊狀物。通常，術語液體適用於至少5至35℃，更通常5至30℃。
「穩定儲存」意謂單體或液體在通常可接受的溫度及時間儲存條件(亦即5至30℃及1至250天，更通常15至25℃及1至170天)下不會聚合。
術語「群體」一般為熟練技術人員所理解，但為了避免疑問，其係指具有已一起經歷相同聚合加工之單體一般產生的特定平均粒徑、重量平均分子量、粒徑分佈及分子量分佈之複數種聚合物粒子。
如上文所述，本發明之聚合物組成物可包括其他類型之丙烯酸聚合物粒子。
該等其他粒子之製造方法一般為產生一般球形聚合物粒子或珠粒的習知懸浮液或分散液聚合。然而，其他製造方法亦可能，例如本體聚合或溶液聚合，繼之以蒸發溶劑。
與乳液聚合丙烯酸聚合物粒子或至少一種其他類型之丙烯酸聚合物粒子有關的本文之丙烯酸聚合物對各類型獨立地意謂：聚(烷基)丙烯酸烷基酯或(烷基)丙烯酸之均聚物，或(烷基)丙烯酸烷基酯或(烷 基)丙烯酸與一或多種其他乙烯基單體的共聚物。通常，使用甲基丙烯酸甲酯之均聚物或甲基丙烯酸甲酯與一或多種其他乙烯基單體的共聚物。其他乙烯基單體意謂其他(烷基)丙烯酸烷基酯或(烷基)丙烯酸，諸如甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸第三丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸第三丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸環己酯、丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸、丙烯酸；羥基官能基丙烯酸酯，諸如甲基丙烯酸2-羥基乙酯、甲基丙烯酸羥基丙基乙酯、丙烯酸2-羥基乙酯或丙烯酸羥基丙酯；乙烯基化合物，諸如苯乙烯、乙烯基吡咯啶酮、乙烯基吡啶；及相容交聯單體，諸如甲基丙烯酸烯丙酯、二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯及1,6-己二醇二丙烯酸酯，尤其相容丙烯酸交聯單體。
尤其關注含有官能化單體之共聚物，因為其可幫助將用於骨黏合劑組成物中之X射線放射失透填充劑(例如硫酸鋇、二氧化鋯等)分散於第二液體部分中。適合官能化單體為墨水及塗料中之顏料分散液領域所熟知。舉例而言，胺，諸如甲基丙烯酸N,N-二甲基胺基乙酯、甲基丙烯酸N,N-二乙基胺基乙酯、甲基丙烯酸第三丁基胺基乙酯，及酸，諸如甲基丙烯酸及丙烯酸。
交聯單體可用於交聯丙烯酸聚合物粒子類型中之一者。對於乳液聚合粒子，可在核及殼中，或僅核中，或僅殼中進行交聯。交聯係用於微調可硬化二液型丙烯酸組成物之性質。
乳液聚合丙烯酸聚合物粒子的重量平均分子量(Mw)通常在25,000道爾頓至3,000,000道爾頓之間，更通常在100,000道爾頓至 1,500,000道爾頓之間，較佳在250,000道爾頓至1000000道爾頓之間，例如在250,000道爾頓至600,000道爾頓之間。可藉由透膠層析術(GPC)測定此目的之分子量。
雖然可硬化組成物之聚合物組分中聚合物的分子量可影響黏團及操作時間，但本發明不限於任何特定分子量。在任何情形中，分子量減少及/或其他丙烯酸聚合物粒子的粒徑增加可用於增加可硬化組成物的操作時間。
其他類型之聚合物粒子(若存在)的重量平均分子量(Mw)通常在10,000道爾頓至3,000,000道爾頓之間，更通常在30,000道爾頓至1,000,000道爾頓之間，較佳在50,000道爾頓至700,000道爾頓之間，例如在60,000道爾頓至600,000道爾頓之間。可藉由透膠層析術(GPC)測定此目的之分子量。
本文之丙烯酸單體意謂任何適合(烷基)丙烯酸烷基酯或(烷基)丙烯酸，諸如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸或丙烯酸、丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸第三丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸第三丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸環己酯、丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異冰片酯；羥基官能基丙烯酸酯，諸如甲基丙烯酸2-羥基乙酯、甲基丙烯酸羥基丙基乙酯、丙烯酸2-羥基乙酯或丙烯酸羥基丙酯；乙烯基化合物，諸如苯乙烯、乙烯基吡咯啶酮、乙烯基吡啶；及相容交聯單體，諸如甲基丙烯酸烯丙酯、二乙烯基苯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯及1,6-己二醇二丙烯酸酯，尤其相容丙烯酸交聯單體。通常，使用甲基丙烯酸甲酯。
本發明之丙烯酸單體視情況具有隨附適合抑制劑，諸如氫醌 (HQ)、甲基氫醌(MeHQ),2,6-二-第三丁基-4-甲氧基苯酚(Topanol O)及2,4-二甲基-6-第三丁基苯酚(Topanol A)。存在防止單體自發聚合的抑制劑。適合抑制劑為確保室溫下的長存放期的60ppm氫醌。
亦可視情況存在聚合活化劑或加速劑，諸如N,N-二甲基-對甲苯胺(DMPT)及N,N-二羥基乙基-對甲苯胺(DHEPT)(皆三級胺)或有機可溶性過渡金屬催化劑。活化劑或加速劑之存在視最終應用而定。若必須「冷固化」(諸如牙齒或骨黏合劑應用)，則一般必須加速劑。然而，對於工業應用，「熱固化」系統中亦可使用熱。舉例而言，義齒可藉由加熱活化。
本文之烷基意謂C1-C18烷基，其中術語烷基(「alkyl」及「alk」)涵蓋環烷基及羥基官能基C1-C18烷基。本文之alk意謂C0-C8 alk。
在一個較佳實施例中，丙烯酸聚合物組成物第一液體部分包含聚合丙烯酸聚合物粒子之乳液及僅單種類型之其他丙烯酸聚合物粒子，前者一般控制黏團時間且後者一般控制操作時間。
「丙烯酸組成物」意謂存在的至少50%，更通常意謂至少70%，最通常95%或尤其99%全部單體及單體殘餘物以一或多種上述丙烯酸單體形式存在或源自一或多種上述丙烯酸單體的組成物。
在本發明之一較佳實施例中，第一部分包含液體載劑(較佳PMMA乳液)中之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子及引發劑，且第二部分包含丙烯酸單體(較佳MMA單體)及加速劑。
在本發明之另一較佳實施例中，第一部分包含液體載劑(較佳PMMA乳液)中之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子與引發劑，且第二部分包含無引發劑之丙烯酸聚合物(較佳PMMA)於具有加速劑之丙烯酸單體(較佳MMA)中的溶液。
在本發明之另一較佳實施例中，第一部分包含含丙烯酸聚合物珠粒(較佳PMMA珠粒)及乳液聚合丙烯酸聚合物粒子之液體載劑(較佳 PMMA乳液)及引發劑，且第二部分包含丙烯酸單體(較佳MMA單體)及加速劑。
在本發明之另一較佳實施例中，第一部分包含含丙烯酸聚合物珠粒(較佳PMMA珠粒)及乳液聚合丙烯酸聚合物粒子之液體載劑(較佳PMMA乳液)及引發劑，且第二部分包含無引發劑之丙烯酸聚合物珠粒(較佳PMMA珠粒)於丙烯酸單體(較佳MMA單體)及加速劑中之溶液。
在本發明之另一較佳實施例中，第一部分包含無引發劑之丙烯酸聚合物珠粒(較佳PMMA珠粒)於丙烯酸單體(較佳MMA單體)中之溶液，及含無引發劑之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子之液體載劑(較佳PMMA乳液)，且第二部分包含引發劑糊狀物。引發劑糊狀物一般以與水或增塑劑之混合物形式市售。
根據本發明之另一態樣，提供製造可硬化二液型丙烯酸組成物之方法，其包含可穩定儲存之第一液體部分及可穩定儲存之第二液體部分，該等部分混合時會彼此反應形成硬化成固體之黏合劑，該方法包含以下步驟：
(a)在過量引發劑存在下乳液聚合至少一種丙烯酸單體組成物以產生具有殘餘引發劑之丙烯酸聚合物乳液；或(b)乳液聚合至少一種丙烯酸單體組成物以產生丙烯酸聚合物乳液且視情況向乳液中添加引發劑；(c)視情況混合(a)或(b)之乳液與至少一種其他類型之丙烯酸聚合物粒子及/或含該等其他類型之丙烯酸聚合物之丙烯酸單體溶液，在丙烯酸單體組成物及引發劑共同存在下產生適於以預定速率硬化之液體丙烯酸聚合物第一部分。
(d)使丙烯酸聚合物第一部分與丙烯酸單體或引發劑接觸使得該第一部分與引發劑及丙烯酸單體共同接觸，藉此形成將硬化之黏合 劑。
更特定言之，根據本發明之另一態樣，提供製造可硬化二液型丙烯酸組成物之方法，其包含可穩定儲存之第一液體部分及可穩定儲存之第二液體部分，該等部分混合時會彼此反應形成硬化成固體之黏合劑，該方法包含以下步驟：(a)在過量引發劑存在下乳液聚合至少一種丙烯酸單體組成物以產生具有殘餘引發劑之丙烯酸聚合物乳液；或(b)乳液聚合至少一種丙烯酸單體組成物以產生丙烯酸聚合物乳液且視情況向乳液中添加引發劑；或(c)在無過量引發劑存在下乳液聚合至少一種丙烯酸單體組成物以產生丙烯酸聚合物乳液；(d)視情況混合(a)或(b)之乳液與至少一種其他類型之丙烯酸聚合物粒子，或混合(c)之乳液與含該等其他類型之丙烯酸聚合物之丙烯酸單體溶液，藉此產生液體丙烯酸聚合物第一部分，其適合在丙烯酸單體及引發劑二者之存在下依預定速率硬化。有利地，在本發明中，單體及引發劑係在二液型組成物中呈分開部分保存，使得當未反應引發劑存在於第一部分中時自第二部分添加單體，且使得當第一部分中無未反應之引發劑而是存在單體時自第二部分添加引發劑。
步驟(a)較佳包含晶種、核及至少一個殼乳液聚合步驟。尤其較佳之方法係向乳液聚合步驟(a)中引入過量引發劑，使殘餘引發劑可囊封於乳液粒子內部。較佳地，在多階段乳液聚合中，在最終階段期間引入過量引發劑，使其存在於多階段粒子之外殼中。然而，或者，引發劑亦可隨後添加至丙烯酸聚合物乳液中。
本發明第一、第二或第三態樣之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子的優勢為在丙烯酸單體組成物存在下達到的快速黏團時間。然而，黏團之操作時間及固化時間必須隨應用變化。若需要極短操作時間及固化 時間，則可單獨使用本發明第一、第二或第三態樣之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子。然而，在多數應用中，將需要較長操作時間及固化時間，且此可藉由改變其他類型之丙烯酸聚合物粒子的量、類型及粒徑來達成。已知較小平均粒徑(例如通常<20μm)的聚合物粒子亦可縮短操作時間，但藉由增加較大粒徑之粒子的量且藉由增加粒徑本身，可達成較長操作時間。因此，其他丙烯酸聚合物粒子之粒徑及量視最終應用而定且此為熟練技術人員所瞭解。
通常，其他類型之丙烯酸聚合物粒子為稱為聚合物珠粒之固體聚合物粒子形式。如上文所述，該等珠粒通常藉由懸浮液聚合法製造，儘管溶液聚合法及本體聚合法亦為可能之製造方法。該等珠粒亦可含有囊封之殘餘引發劑，如上文針對乳液聚合丙烯酸聚合物粒子所述。儘管該等珠粒之平均粒徑為如上文所述之變數，視最終應用而定，該等珠粒之典型平均粒徑在10-1000μm範圍內，更通常20-600μm範圍內，最通常25-200μm範圍內。平均粒徑越大，操作時間越長。熟練技術人員亦瞭解，聚合物之分子量及加速劑之存在亦可影響操作時間及固化時間。本發明之有利態樣因此為可藉由存在乳液聚合第一類型之丙烯酸聚合物粒子所達成之縮短黏團時間，但本發明並不限於特定操作時間或固化時間，因為此將視應用而定。
儘管上文所述，但本發明態樣之丙烯酸組成物之特定有利應用為其作為骨黏合劑組成物的用途。該等組成物用於椎體成形術中且需要極短黏團時間以便可無過分延誤即可進行操作。此外，該等用途需要短固化時間從而無需將患者長時間固定於操作部位。競爭要求為有效進行程序之充分操作時間。縮短黏團時間具有增加操作時間的作用。本發明組成物之類似應用為需要類似短黏團時間的牙齒修補。
然而，許多工業應用中希望縮短黏團時間，且因此，本發明不限於骨黏合劑及牙齒應用，儘管此等為較佳實施例。
因此，本發明延伸至如本發明第一、第二或第三態樣中所定義的第一液體部分作為可硬化二液型丙烯酸組成物中減少黏團時間之試劑的用途。
乳液聚合粒子為抗衝擊改質劑領域所熟知。為此，通常以共聚單體形式將抗衝擊改質劑(諸如丁二烯或丙烯酸丁酯)引入至多階段核殼粒子的一個殼中。然而，在本發明之二液型組成物中，可能無需抗衝擊改質劑。因此，本發明之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子可能沒有抗衝擊改質劑共聚單體殘餘物。
本發明之丙烯酸組成物第一部分可以添加或未添加如本文所定義之其他組分的液體形式單獨提供，以供隨後用作可硬化組成物中之第一液體部分。
因此，根據本發明之第四態樣，提供包含乳液聚合丙烯酸聚合物粒子之液體組成物，該等粒子視情況與至少一種其他類型之非乳液聚合丙烯酸聚合物粒子混合，且視情況與至少一種其他群體之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子混合，且其特徵在於液體組成物中存在足以使液體組成物與反應性單體液體接觸後硬化之含量的聚合引發劑。
對本發明之使用無特定溫度限制。然而，一般而言，在操作員可接受之溫度下使用，亦即操作員在戶內或戶外可能遭遇之正常工作條件期間發現的溫度，例如周圍溫度。
根據本發明之另一態樣，提供由混合本發明之第一、第二或第三態樣之二液型丙烯酸組成物產生的固體黏合劑組成物。
根據本發明之另一態樣，提供藉由混合該第一及該第而部分自本發明之第一、第二或第三態樣之二液型丙烯酸組成物以產生丙烯酸黏合劑之方法。
上述方法可為手工混合過程。然而，較佳使用經改適之注射器或填縫槍。
因此，根據本發明之另一態樣，提供具有至少兩個筒身的注射器或填縫槍，其在其第一筒身中包含本發明之第一、第二、第三或第四態樣的第一液體部分且在其第二筒身中包含本發明任何態樣之第二液體部分，且亦包含如本文揭示之第一、第二、第三或第四態樣的其他組分。
本發明延伸至根據本發明之第一、第二或第三態樣之二液型骨黏合劑，或牙齒黏合劑，或建築黏合劑，或結構黏著劑，或層壓黏著劑，或接合或密封組成物。
較佳地，在骨黏合劑或牙齒黏合劑組成物中，至少當組成物變為固體後，其組分為生物相容組分。
根據本發明之另一態樣，提供用於處理人類或動物骨骼之本發明之第一、第二或第三態樣之二液型組成物。
根據本發明之另一態樣，提供用於置換人類或動物骨骼之本發明之第一、第二或第三態樣之二液型組成物。
根據本發明之另一態樣，提供用於處理人類牙齒或動物牙齒、蹄、指甲或角之本發明之第一、第二或第三態樣之二液型組成物。
根據本發明之另一態樣，提供用於置換人類牙齒或動物牙齒、蹄、指甲或角之本發明之第一、第二或第三態樣之二液型組成物。
現將參考隨附實例描述本發明之實施例：
表徵技術：
使用Malvern Zetasizer nano series S粒徑分析器測定Z平均乳液粒徑。
在25℃下，在氯仿(1重量%溶液)中使用OB型烏氏黏度計(Ubbelohde viscometer)量測對比黏度(Reduced viscosity)(RV，dl/g)。
藉由滴定法測定殘餘過氧化二苯甲醯含量百分比。
在25℃下，以主軸數5及速度20rpm操作，使用RVDV-E型布氏黏度計進行布絡克菲爾德黏度測定法(BV，厘泊(cP))，但實例47之主軸及速度視所量測黏度範圍調整。
藉由透膠層析術使用聚甲基丙烯酸甲酯標準物作為校準測定重量平均分子量Mw。使用四氫呋喃作為移動相。
藉由Coulter LS230雷射繞射粒徑分析儀量測丙烯酸珠粒聚合物平均直徑粒徑。
根據BS ISO 5833：2002量測黏團及固化時間以及最大放熱溫度。
認為黏團時間為混合物開始混合後達到黏團狀物質的時間長度，該黏團狀物質當溫和接觸時不黏附於手套指。
認為固化時間為達到環境溫度與最大溫度之間的溫度之時間。
根據ISO 1567：1997藉由三點彎曲測試測定撓曲強度及撓曲模數。根據ISO 5833：2002測定抗壓強度。
實例1至4描述固體含量自32重量%至54重量%變化的丙烯酸乳液之製備。
實例1
製備含32重量%固體之丙烯酸聚合物乳液
向裝配有氮氣入口、冷凝器及電動不鏽鋼槳式攪拌器的5L圓底玻璃燒瓶中添加2000g去離子水。在200轉/分鐘(rpm)下攪拌下藉助於水浴將水加熱至80℃。氮氣流通過燒瓶中液體表面上方的蒸氣空間。
製備由1000g甲基丙烯酸甲酯、1.8g 1-十二烷硫醇、5.0g月桂基硫酸鈉及100g去離子水組成之乳化單體混合物。此混合物在添加之前以及整個添加過程中攪拌60分鐘以保持其乳化。
水溫度為80℃，藉由向燒瓶中添加100g乳化單體混合物，隨後10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液製備聚合物晶種(階段1)。在略微放熱後，進行反應30分鐘直至溫度回到80℃。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約45分鐘使用蠕動泵繼續添加250g乳化單體混合物，在聚合物晶粒上生長核(階段2)。完成單體混合物之添加後，反應再進行30分鐘，直至溫度回到80℃。此步驟接著重複兩次。
在攪拌下將37.0g 75%活性過氧化二苯甲醯(BPO)溶解於剩餘乳化單體混合物中，持續45分鐘。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約30分鐘使用蠕動泵繼續添加含有所添加BPO之乳化單體混合物，在核上生長含有BPO之殼(階段3)。在添加所有單體混合物後，反應再進行15分鐘，直至溫度回到80℃。
接著使所得丙烯酸聚合物乳液冷卻至40℃以下，且經150μm篩過濾。
丙烯酸聚合物乳液之固體含量為32重量%，對比黏度為1.8dl/g，殘餘過氧化二苯甲醯為1.66重量%且z平均乳液粒徑為177nm。
實例2
製備含38重量%固體之丙烯酸聚合物乳液
向裝配有氮氣入口、冷凝器及電動不鏽鋼槳式攪拌器的5L圓底玻璃燒瓶中添加1200g去離子水。在200轉/分鐘(rpm)下攪拌下藉助於水浴將水加熱至80℃。氮氣流通過燒瓶中液體表面上方的蒸氣空間。
製備由1000g甲基丙烯酸甲酯(MMA)、1.0g 1-十二烷硫醇、5.0g月桂基硫酸鈉及200g去離子水組成之乳化單體混合物。此混合物在添加之前以及整個添加過程中攪拌60分鐘以保持其乳化。
水溫度為80℃，藉由向燒瓶中添加100g乳化單體混合物，隨後10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液製備聚合物晶種(階段1)。在略微放熱後，進行反應30分鐘直至溫度回到80℃。在攪拌下，向剩餘乳化單體混合物中添加1g月桂基硫酸鈉。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約45分鐘使用蠕動泵繼續添加250g乳化單體混合物，在聚合物晶粒上生長核(階段2)。完成單體混合物之添加後，反應再進行30分鐘，直至溫度回到80℃。此步驟接著重複兩次。
在攪拌下將35.0g 75%活性過氧化二苯甲醯溶解於剩餘乳化單體混合物中，持續45分鐘。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約30分鐘使用蠕動泵繼續添加含有所添加BPO之乳化單體混合物，在核上生長含有BPO之殼(階段3)。在添加所有單體混合物後，反應再進行15分鐘，直至溫度回到80℃。
接著使所得丙烯酸聚合物乳液冷卻至40℃以下，且經150μm篩過濾。
丙烯酸聚合物乳液之固體含量為38重量%，對比黏度為2.1dl/g，布絡克菲爾德黏度為50cP，殘餘過氧化二苯甲醯為1.98重量%且z平均乳液粒徑為186nm。
實例3
製備含50重量%固體之丙烯酸聚合物乳液
重複實例2之程序，但向51圓底燒瓶中添加600g去離子水代替1200g。
所得丙烯酸聚合物乳液之固體含量為50重量%，對比黏度為1.6dl/g，布絡克菲爾德黏度為540cP，殘餘過氧化二苯甲醯為2.10重量%且z平均乳液粒徑為205nm。
實例4
製備含54重量%固體之丙烯酸聚合物乳液
重複實例2之程序，但向51圓底燒瓶中添加400g去離子水代替1200g。
所得丙烯酸聚合物乳液之固體含量為55重量%，對比黏度為1.49dl/g，布絡克菲爾德黏度為7920cP，殘餘過氧化二苯甲醯為2.20重量%且z平均乳液粒徑為191nm。
實例5、7至12及19描述藉由混合實例2至4中製備之丙烯酸聚合物乳液與丙烯酸珠粒聚合物來製備第一液體部分。隨後混合第一液體部分與第二液體部分來製備可硬化組成物。
實例5
使用含38重量%固體之丙烯酸聚合物乳液製備第一液體部分
向裝備有電動攪拌器馬達及不鏽鋼槳式攪拌器之250ml聚丙烯燒杯中添加70g聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)珠粒聚合物(Colacryl® B866，獲自Lucite International Speciality Polymers & Resins Limited，RV 2.4dl/g，Mw 421,200，殘餘過氧化二苯甲醯2.94wt%，平均粒徑39μm)。在100rpm下開始攪拌且以60至90秒時間添加30g來自實例2之含38重量%固體之丙烯酸聚合物乳液。攪拌器速度接著提高至800-1000rpm，且再繼續混合3至5分鐘，直至獲得均勻液體混合物。液體混合物之布絡克菲爾德黏度為7,000cP。在23℃下儲存若干天後，液體混合物穩定且未分離。
實例6
製備可硬化組成物
藉由混合17.2g實例5之第一液體部分與7ml含有60ppm氫醌(HQ)抑制劑以及1% N,N-二甲基-對-甲苯胺(DMPT)加速劑之MMA單體(第二液體部分)製備可硬化組成物。所用混合比率為14g聚合物(等效乾重)對7ml單體液體。混合之前，兩種組分在培育器中在23℃下平衡至少10小時。將所需量之第一液體部分置於聚丙烯燒杯中，隨後置入第二液體部分。從添加第二液體部分至第一液體部分中之時間點開始計時。接著使用金屬刮勺手工混合30秒，此時覆蓋材料且靜置。定 期評估材料之最初混合稠度，並測定黏團時間及固化時間。亦利用嵌入固化物質中間之熱電偶量測放熱溫度。
製備以下比較實例顯示本發明優於先前技術之益處。
比較實例1
原樣使用未添加丙烯酸聚合物乳液之實例5中所述之PMMA珠粒聚合物(Colacryl® B866)。14g此PMMA珠粒聚合物與7ml含有60ppm氫醌(HQ)抑制劑及1%N,N-二甲基-對-甲苯胺(DMPT)加速劑之MMA單體混合且如上文所述測試。
比較實例2
此實例等效於實例6，但在使用前將實例2之丙烯酸聚合物乳液噴霧乾燥形成粉末。PMMA珠粒聚合物(Colacryl® B866)與噴霧乾燥之實例2之含38重量%固體之乳液的摻合比為86/14重量百分比。14g此珠粒聚合物與微孔丙烯酸聚合物粉末的摻合物接著與7ml含有60ppm氫醌(HQ)抑制劑及1% N,N-二甲基-對-甲苯胺(DMPT)加速劑之MMA單體混合且如上文所述測試。
表1記錄結果。可見實例6相較於比較實例1展現較低放熱溫度以及較短黏團時間及固化時間。此外，實例6展現與比較實例2類似之黏團時間，但具有較長固化時間，藉此產生較長操作時間來在可硬化組成物變成固體之前對其進行操作。實例6相較於比較實例2亦具有較低放熱溫度。
實例7至12
使用含50重量%固體之丙烯酸聚合物乳液製備第一液體部分
向裝備有電動攪拌器馬達及不鏽鋼槳式攪拌器之250ml聚丙烯燒杯中添加聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)珠粒聚合物(Colacryl® B866，獲自Lucite International Speciality Polymers & Resins Limited，RV 2.4dl/g，Mw 421,200，殘餘過氧化二苯甲醯2.94重量%，平均粒徑39μm)。攪拌在100rpm下開始且經60至90秒添加來自實例3之含50重量%固體之丙烯酸聚合物乳液。攪拌器速度接著增至800-1000rpm，且再繼續混合3至5分鐘直至獲得均勻液體混合物。各實例中所用之PMMA珠粒聚合物及丙烯酸聚合物乳液之量與各液體混合物之布絡克菲爾德黏度一起顯示於表3中。在23℃下儲存若干天後，所有液體混合物均穩定且未分離。
實例13至18
製備可硬化組成物
藉由混合實例7至12之第一液體部分與含有60ppm氫醌(HQ)抑制劑以及1% N,N-二甲基-對-甲苯胺(DMPT)加速劑之MMA單體(第二液體部分)製備可硬化組成物。所用混合比率為14.0g聚合物(等效乾重)比7.0ml單體液體。混合之前，兩種組分在培育器中在23℃下平衡至少10小時。將所要量之第一液體部分置於聚丙烯燒杯中，隨後第二液 體部分。將第二液體部分添加至第一液體部分之點開始計時。接著使用金屬刮勺手工混合30秒，此時材料經覆蓋且靜置。定期評定材料之最初混合稠度以及測定之黏團時間及固化時間。放熱溫度亦藉由使用嵌入固化物質中間之熱電偶量測放熱溫度。表3記錄結果。
可見在實例18至13之順序中，隨著丙烯酸聚合物乳液之量增加，放熱溫度、黏團時間及固化時間均降低。此外，實例13至18相較於比較實例1展示較低放熱溫度以及較短黏團時間及固化時間，表明本發明優於先前技術之益處。
實例19
使用含54重量%固體之丙烯酸聚合物乳液製備第一液體部分
向裝備有電動攪拌器馬達及不鏽鋼槳式攪拌器之250ml聚丙烯燒杯中添加65g聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)珠粒聚合物(Colacryl® B866，獲自Lucite International Speciality Polymers & Resins Limited，RV 2.4dl/g，Mw 421,200，殘餘過氧化二苯甲醯2.94重量%，平均粒徑39μm)。攪拌在100rpm下開始且經60至90秒添加35g來自實例4之含54重量%固體之丙烯酸聚合物乳液。攪拌器速度接著增至800-1000rpm，且再繼續混合3至5分鐘直至獲得均勻液體混合物。在23℃下儲存若干天後，液體混合物穩定且未分離。
實例20
製備可硬化組成物
藉由混合16.7g實例19之第一液體部分與7ml含有60ppm氫醌(HQ)抑制劑以及1% N,N-二甲基-對-甲苯胺(DMPT)加速劑之MMA單體(第二液體部分)製備可硬化組成物。所用混合比率為14g聚合物(等效乾重)比7ml單體液體。混合之前，兩種組分在培育器中在23℃下平衡至少10小時。將所要量之第一液體部分置於聚丙烯燒杯中，隨後第二液體部分。將第二液體部分添加至第一液體部分之點開始計時。接著使用金屬刮勺手工混合30秒，此時材料經覆蓋且靜置。定期評定材料之最初混合稠度以及測定之黏團時間及固化時間。放熱溫度亦藉由使用嵌入固化物質中間之熱電偶量測放熱溫度。表4記錄結果。
可見實例20相較於比較實例1展現較低放熱溫度以及較短黏團時間及固化時間。
實例21及22
使用含有溶解之聚合物的第二液體部分製備可硬化組成物
藉由將10g PMMA珠粒聚合物(無殘餘引發劑且分子量Mw 426,700道爾頓以及對比黏度2.8dl/g)溶解於89g MMA單體(以60ppm氫醌(HQ)抑制劑穩定)及1.0g N,N-二甲基-對-甲苯胺(DMPT)加速劑中來製備PMMA均聚物於MMA單體中之10重量%糖漿。糖漿之布絡克菲爾德黏度為220cP。
藉由混合實例7及8之第一液體部分與此第二液體部分來製備可硬化組成物。所用混合比率為含14.0g聚合物(等效乾重)之第一液體部分比7.0g第二液體部分。混合之前，兩種組分在培育器中在23℃下平衡至少10小時。將所要量之第一液體部分置於聚丙烯燒杯中，隨後第二液體部分。將第二液體部分添加至第一液體部分之點開始計時。 接著使用金屬刮勺手工混合30秒，此時材料經覆蓋且靜置。定期評定材料之最初混合稠度以及測定之黏團時間及固化時間。放熱溫度亦藉由使用嵌入固化物質中間之熱電偶量測放熱溫度。表5記錄結果。
可見實例21及22相較於比較實例1展現低得多的放熱溫度以及較短黏團時間及固化時間。將一些PMMA預溶解於MMA單體液體中形成糖漿作為第二液體部分之作用為相較於不具有任何預溶解於MMA單體液體中之PMMA等效實例(實例13及14)產生放熱溫度之進一步降低以及縮短黏團時間及固化時間。
實例23至41
製備具有不同機械特性之可硬化組成物。
以下實例顯示改變第一液體部分之組成物以及第一液體部分與第二液體部分之比率對所得可硬化組成物之機械特性的作用。根據ISO 1567：1997藉由三點彎曲測試測定撓曲強度及撓曲模數。根據ISO 5833：2002測定抗壓強度。
以與實例10至12類似之方式製備實例23至41之第一液體部分，但該等實例涉及添加硫酸鋇。對於此等特定實例(實例30、38及39)，在100rpm下攪拌下經60-90秒向含有PMMA珠粒聚合物及丙烯酸聚合物乳液的混合物中添加所要量之硫酸鋇，隨後將攪拌器速度增至800-1000rpm且在獲得均勻液體混合物之前再混合3至5分鐘。藉由將16g PMMA珠粒聚合物(無殘餘引發劑且分子量Mw 426,700道爾頓以及對比黏度2.8dl/g)溶解於82.4g MMA單體(以60ppm氫醌(HQ)抑制劑穩定) 及1.6g N,N-二甲基-對-甲苯胺(DMPT)加速劑中來製備16重量% PMMA均聚物於MMA單體中之糖漿用作實例23至41之第二液體部分，但實例31、32、39及40除外。糖漿之布絡克菲爾德黏度為4,250cP。
藉由將20g聚(MMA-共-DMAEMA)共聚物(無殘餘引發劑)溶解於78.4g MMA單體(以60ppm氫醌(HQ)抑制劑穩定)與1.6g N,N-二甲基-對-甲苯胺(DMPT)加速劑之混合物中來製備20重量%聚(MMA-共-DMAEMA)共聚物於MMA單體中之糖漿用作實例31、32、39及40之第二液體部分。對於實例31及39，共聚物之對比黏度為0.50dl/g且分子量Mw為69,900道爾頓。糖漿之布絡克菲爾德黏度為175cP。對於實例32及40，共聚物之對比黏度為1.52dl/g且分子量Mw為260,000道爾頓。糖漿之布絡克菲爾德黏度為4,420cP。
實例40及41之第二液體部分包括添加硫酸鋇。此等藉由在裝備有攪拌器之玻璃燒瓶中將相關PMMA均聚物或聚(MMA-共-DMAEMA)共聚物首先溶解於MMA單體(以60ppm氫醌(HQ)抑制劑穩定)及N,N-二甲基-對-甲苯胺(DMPT)加速劑中製備。接著在500-600rpm下攪拌下添加所要量之硫酸鋇，且靜置1小時以將硫酸鋇分散於單體/聚合物糖漿中。
藉由如針對實例21及22所述手工混合兩種組分製備實例23至41之可硬化組成物。所用混合比率為含14.0g聚合物(等效乾重)之第一液體部分比7.0g第二液體部分或含14.0g聚合物(等效乾重)之第一液體部分比14.0g第二液體部分。
表6提供各組分之組成的細節，所用混合比率及自各可硬化組成物獲得之機械特性。可見實例23至28之機械特性的量值隨著所用丙烯酸聚合物乳液的相對量變化。此源自丙烯酸聚合物乳液中水的存在，此導致在最終固化可硬化組成物中形成孔隙度。藉由增加丙烯酸聚合 物乳液之比例提高孔隙度會導致機械特性相較於未添加水之比較實例3降低。此孔隙度允許可硬化組成物之機械特性與例如脊椎骨之孔隙度匹配，藉此避免與植入模數比周圍自然骨骼高的人工材料相關的熟知問題。然而，亦可改變化學式來調整孔隙度程度及改變機械特性，例如實現滿足ISO 5833：2002之要求的機械特性。
實例42至45描述具有50重量%固體及變化z平均粒徑之丙烯酸乳液的製備。
實例42
製備195nm z-平均粒徑之含約50重量%固體之丙烯酸聚合物乳液。
向裝配有氮氣入口、冷凝器及電動不鏽鋼槳式攪拌器的5L圓底玻璃燒瓶中添加600g去離子水。在200轉/分鐘(rpm)下攪拌下藉助於水浴將水加熱至80℃。氮氣流通過燒瓶中液體表面上方的蒸氣空間。
製備由1000g甲基丙烯酸甲酯、0.5g 1-十二烷硫醇、5.0g月桂基硫酸鈉及300g去離子水組成之乳化單體混合物。此混合物在添加之前以及整個添加過程中攪拌60分鐘以保持其乳化。
水溫度為80℃，藉由向燒瓶中添加100g乳化單體混合物，隨後10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液製備聚合物晶種(階段1)。在略微放熱後，進行反應30分鐘直至溫度回到80℃。在攪拌下，向剩餘乳化單體混合物中添加1g月桂基硫酸鈉。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約30分鐘使用蠕動泵繼續添加300g乳化單體混合物，在聚合物晶粒上生長核(階段2)。完成單體混合物之添加後，反應再進行15分鐘，直至溫度回到80℃。此步驟接著重複兩次。
在攪拌下將35.0g 75%活性過氧化二苯甲醯(BPO)溶解於剩餘乳化單體混合物中，持續45分鐘。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約20分鐘使用蠕動泵繼續添加含有所添加BPO之乳化單體混合物，在核上生長含有BPO之殼(階段3)。在添加所有單體混合物後，反應再進行15分鐘，直至溫度回到80℃。
接著將所得丙烯酸聚合物乳液冷卻至40℃以下，且經150μm篩過濾。
所得丙烯酸聚合物乳液之固體含量為50重量%，對比黏度為2.3dl/g，布絡克菲爾德黏度為287cP，殘餘過氧化二苯甲醯為2.50重量%且z平均乳液粒徑為195nm。
實例43
製備306nm z-平均粒徑之含約50重量%固體之丙烯酸聚合物乳液。
向裝配有氮氣入口、冷凝器及電動不鏽鋼槳式攪拌器的5L圓底玻璃燒瓶中添加600g去離子水。在200轉/分鐘(rpm)下攪拌下藉助於水浴將水加熱至80℃。氮氣流通過燒瓶中液體表面上方的蒸氣空間。
製備由1000g甲基丙烯酸甲酯、0.5g 1-十二烷硫醇、5.0g月桂基硫酸鈉及300g去離子水組成之乳化單體混合物。此混合物在添加之前以及整個添加過程中攪拌60分鐘以保持其乳化。
水溫度為80℃，藉由向燒瓶中添加40g乳化單體混合物，隨後20ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液製備聚合物晶種(階段1)。在略微放熱後，進行反應30分鐘直至溫度回到80℃。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約30分鐘使用蠕動泵繼續添加300g乳化單體混合物，在聚合物晶粒上生長核(階段2)。完成單體混合物之添加後，反應再進行15分鐘，直至溫度回到80℃。此步驟接著重複兩次。
在攪拌下將35.0g 75%活性過氧化二苯甲醯(BPO)溶解於剩餘乳化單體混合物中，持續45分鐘。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約20分鐘使用蠕動泵繼續添加含有所添加BPO之乳化單體混合物，在核上生長含有BPO之殼(階段3)。在添加所有單體混合物後，反應再進行15分鐘，直至溫度回到80℃。
接著將所得丙烯酸聚合物乳液冷卻至40℃以下且經150μm篩過濾。
所得丙烯酸聚合物乳液之固體含量為49.4重量%，對比黏度為2.0dl/g，布絡克菲爾德黏度為62cP，殘餘過氧化二苯甲醯為2.30重量%且z平均乳液粒徑為306nm。
實例44
製備582nm z-平均粒徑之含約50重量%固體之丙烯酸聚合物乳液。
向裝配有氮氣入口、冷凝器及電動不鏽鋼槳式攪拌器的5L圓底玻璃燒瓶中添加600g去離子水。在200轉/分鐘(rpm)下攪拌下藉助於水浴將水加熱至80℃。氮氣流通過燒瓶中液體表面上方的蒸氣空間。
製備由980g甲基丙烯酸甲酯、0.5g 1-十二烷硫醇、5.0g月桂基硫酸鈉及300g去離子水組成之乳化單體混合物。此混合物在添加之前以及整個添加過程中攪拌60分鐘以保持其乳化。
水溫度為80℃，藉由向燒瓶中添加20g甲基丙烯酸甲酯，隨後0.3g過硫酸鉀於10ml去離子水中之溶液且在80℃下反應1小時來製備聚合物晶種(階段1)。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約30分鐘使用蠕動泵繼續添加300g乳化單體混合物，在聚合物晶粒上生長核(階段2)。完成單體混合物之添加後，反應再進行15分鐘，直至溫度回到80℃。此步驟接著重複兩次。
在攪拌下將35.0g 75%活性過氧化二苯甲醯(BPO)溶解於剩餘乳化單體混合物中，持續45分鐘。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約20分鐘使用蠕動泵繼續添加含有所添加BPO之乳化單體混合物，在核上生長含有BPO之殼(階段3)。在添加所有單體混合物後，反應再進行15分鐘，直至溫度回到80℃。
接著將所得丙烯酸聚合物乳液冷卻至40℃以下且經150μm篩過濾。
所得丙烯酸聚合物乳液之固體含量為48.0重量%，對比黏度為1.94dl/g，布絡克菲爾德黏度為21cP，殘餘過氧化二苯甲醯為2.28重量%且z平均乳液粒徑為582nm。
實例45
製備694nm z-平均粒徑之含約50重量%固體之丙烯酸聚合物乳液。
向裝配有氮氣入口、冷凝器及電動不鏽鋼槳式攪拌器的5L圓底玻璃燒瓶中添加600g去離子水。在200轉/分鐘(rpm)下攪拌下藉助於水浴將水加熱至80℃。氮氣流通過燒瓶中液體表面上方的蒸氣空間。
製備由985g甲基丙烯酸甲酯、0.5g 1-十二烷硫醇、3.0g月桂基硫酸鈉及300g去離子水組成之乳化單體混合物。此混合物在添加之前以及整個添加過程中攪拌60分鐘以保持其乳化。
水溫度為80℃，藉由向燒瓶中添加15g甲基丙烯酸甲酯，隨後0.3g過硫酸鉀於10ml去離子水中之溶液且在80℃下反應1小時來製備聚合物晶種(階段1)。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約30分鐘使用蠕動泵繼續添加300g乳化單體混合物，在聚合物晶粒上生長核(階段2)。完成單體混合物之添加後，反應再進行15分鐘，直至溫度回到80℃。此步驟接著重複兩次。
在攪拌下將35.0g 75%活性過氧化二苯甲醯(BPO)溶解於剩餘乳化單體混合物中，持續45分鐘。
接著藉由首先向燒瓶中添加10ml 2重量%過硫酸鉀於去離子水中之溶液，隨後經約20分鐘使用蠕動泵繼續添加含有所添加BPO之乳化單體混合物，在核上生長含有BPO之殼(階段3)。在添加所有單體混合物後，反應再進行15分鐘，直至溫度回到80℃。
接著將所得丙烯酸聚合物乳液冷卻至40℃以下且經150μm篩過濾。
所得丙烯酸聚合物乳液之固體含量為48.0重量%，對比黏度為1.90dl/g，布絡克菲爾德黏度為19cP，殘餘過氧化二苯甲醯為2.60重量%且z平均乳液粒徑為694nm。
實例46
實例42至45之結果顯示丙烯酸聚合物乳液之布絡克菲爾德黏度隨著粒徑增加而降低。藉由取等量(各100g)實例42至44之乳液製備丙烯酸聚合物乳液混合物。布絡克菲爾德黏度為40cP。表7顯示實例42、43及44之單個乳液與實例46之乳液混合物之間的黏度比較。
實例47至65
實例47至65涉及藉由混合實例42、43、44或46之丙烯酸聚合物乳液與單個丙烯酸珠粒聚合物(實例48至50、52至54及56至58)或丙烯酸珠粒聚合物之混合物(實例47、51、55及59至65)製備第一液體部分。丙烯酸珠粒聚合物(表8中詳細描述)選自不同平均直徑粒徑之PMMA均聚物(命名為(i)、(ii)及(iii))或共聚物，亦即聚(甲基丙烯酸甲酯-共-丙烯酸2-乙基己酯)(聚(MMA-共-2EHA))(命名為(iv)、(v)及(vi))及聚(甲基丙烯酸甲酯-共-苯乙烯)(聚(MMA-共-苯乙烯)(命名為(vii)、(viii)及(ix))。實例47至61之第一液體部分的製備方法如下：
向裝備有電動攪拌器馬達及不鏽鋼槳式攪拌器的250ml聚丙烯燒杯中添加70g丙烯酸珠粒聚合物。攪拌在100rpm下開始且經60至90秒添加30g丙烯酸聚合物乳液。攪拌器速度接著增至600-1000rpm，且再繼續混合3至5分鐘直至獲得均勻液體混合物。若使用丙烯酸珠粒聚合物的混合物，則首先藉由在適合容器中乾式摻合相等重量之各珠 粒聚合物製備混合物。
實例62至65使用相同製備方法，但丙烯酸珠粒聚合物與丙烯酸聚合物乳液的比率自70g：30g至76g：24g變化。
製備後，量測各第一液體部分之布絡克菲爾德黏度且記錄於表9至14中。
對經連接於注射器或填縫槍之隔室的靜態混合器的混合及分配行為的評定如下進行。實例47至65之第一液體部分以及實例78之第二液體部分填充至購自Nordson EFD的50ml 1：1體積比聚丙烯濾筒的各別隔室中。將Nordson EFD Series 190螺旋混合器(11個混合元件，6.35mm直徑，8.6cm長度)裝配於濾筒之雙隔室且內容物經螺旋混合器以均勻物流形式分配至平面上以供檢驗。記錄各混合物經靜態混合器自入口至出口之流動程度。亦評定所得擠壓物之特徵且在連續流之所有實例中發現擠壓物保持其初始形狀。結果報導於表9至14中。
表9至14之結果顯示如何降低第一液體部分之布絡克菲爾德黏度。可進行以下觀測：
1.實例47與實例48至50，或實例51與實例52至54或實例55與實例56至58的比較顯示藉由混合丙烯酸聚合物乳液與丙烯酸珠粒聚合物混合物製備的第一液體部分展現比含有單類型丙烯酸珠粒聚合物之第一液體部分低的布絡克菲爾德黏度。
2.實例47、51與55之比較顯示第一液體部分之布絡克菲爾德黏度隨著丙烯酸聚合物乳液之粒徑增加而降低。
3.實例61顯示藉由組合丙烯酸聚合物乳液之混合物與丙烯酸珠粒聚合物之混合物製備的第一液體部分展現比實例47及51之第一液體部分低的布絡克菲爾德黏度。
實例62至65(表14)顯示第一液體部分之布絡克菲爾德黏度如何隨丙烯酸珠粒與丙烯酸聚合物乳液之比率增加而增加。
實例66至77
此等實例顯示對於自混合既定丙烯酸聚合物乳液與不同比率之不同粒徑丙烯酸珠粒聚合物之混合物所獲得之第一液體部分的黏度降低作用。結果呈現於表15中。進行兩個實驗系列。一個系列基於不同平均直徑粒徑之PMMA均聚物(命名為(i)、(ii)及(iii))。第二系列基於不同平均直徑粒徑之聚(MMA-共-2EHA)共聚物(命名為(iv)、(v)及(vi))。聚合物(i)至(vi)之細節提供於表8中。各第一液體部分之一般製備方法如下：
向裝備有電動攪拌器馬達及不鏽鋼槳式攪拌器的250ml聚丙烯燒杯中添加70g丙烯酸珠粒聚合物混合物。表15中詳述用於各實例之丙烯酸珠粒聚合物混合物之組成。攪拌在100rpm開始，且經60至90秒添加30g實例44之丙烯酸聚合物乳液。攪拌器速度接著增至600-1000rpm，且再繼續混合3至5分鐘直至獲得均勻液體混合物。
實例66至72與實例56至58之比較顯示使用不同平均直徑粒徑之兩種或兩種以上PMMA珠粒聚合物的混合物產生布絡克菲爾德黏度低於僅使用單一PMMA珠粒聚合物的第一液體部分。實例73至77顯示當使用兩種或兩種以上不同平均直徑粒徑之聚(MMA-共-2EHA)珠粒共聚物之混合物時產生類似黏度降低作用。
實例78
可硬化組成物製備中使用之含有溶解聚合物及X-射線遮光劑之第二液體部分之製備。
如下製備第二液體部分。首先，將10g聚(MMA-共-DMAEMA)共聚物(無殘餘引發劑，RV=0.50dl/g)及10g較高分子量聚(MMA-共-DMAEMA)共聚物(無殘餘引發劑，RV=1.52dl/g)溶解於79.2g MMA單體(以60ppm氫醌(HQ)抑制劑穩定)及0.8g N,N-二甲基-對-甲苯胺(DMPT)加速劑之混合物中。60g此單體/聚合物漿液接著轉移至裝備 有攪拌器之玻璃燒瓶中，且在500-600rpm攪拌下經2分鐘緩慢添加40g硫酸鋇。繼續攪拌5小時以將硫酸鋇分散於單體/聚合物漿液中。所得第二液體部分之布絡克菲爾德黏度為2,734cP。
實例79
使用實例60之第一液體部分及實例78之第二液體部分製備可硬化組成物。
如下描述組合實例60之第一液體部分與實例78之第二液體部分製備可硬化組成物。混合之前，兩種組分在培育器中在23℃下平衡至少10小時。14.0g 60之第一液體部分置於聚丙烯燒杯中，隨後14.0g實例78之第二液體部分。接著在23℃下使用金屬刮勺手工混合30秒，此時材料經覆蓋且靜置。定期評定材料之初始混合稠度。當達到黏團時間時，自燒杯移除黏團混合物且藉由手工操作進一步混合30秒。為了製備用於機械測試之試樣，將黏團包裝至在23℃下預處理之金屬模具中且在壓力(2巴)下硬化。在固化時間30分鐘後，將試樣脫模。表16記錄結果。
可見實例79之可硬化組成物展現超過ISO 5833：2002最低要求之機械特性-「Implants for surgery-Acrylic resin cements」，亦即抗壓強度70MPa，撓曲模數1.8GPa及撓曲強度50MPa。
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本發明不限於前述實施例之細節。本發明延伸至本說明書(包括任何隨附申請專利範圍及摘要)中所揭示的任何新穎特徵，或所揭示特徵的任何新穎組合，或所揭示任何新穎方法或製程之任何步驟，或其任何新穎組合。

Claims (27)

  1. 一種可硬化二液型丙烯酸組成物，其包含穩定儲存之第一液體部分及穩定儲存之第二液體部分，該等部分混合時彼此反應形成硬化之黏合劑(cement)，該組成物進一步包含丙烯酸單體組分及含量可使單體組分有效聚合之引發劑組分，其中該單體組分及該引發劑組分呈分開部份位於該二液型組成物中，使得該單體組分穩定儲存，其特徵在於該第一液體部分包含乳液聚合丙烯酸聚合物粒子於液體載劑中。
  2. 一種可硬化二液型丙烯酸組成物，其包含穩定儲存之第一液體部分及穩定儲存之第二液體部分，該等部分混合時彼此反應形成硬化之黏合劑，該組成物進一步包含丙烯酸單體組分及含量可使單體組分有效聚合之引發劑組分，其特徵在於該第一液體部分包含乳液聚合丙烯酸聚合物粒子於液體載劑中。
  3. 如請求項1之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該等乳液聚合粒子於液體載劑中係呈丙烯酸聚合物乳液形式。
  4. 如請求項1之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該液體載劑為水。
  5. 如請求項2至3中任一項之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該丙烯酸聚合物乳液提供該第一液體部分之連續相。
  6. 如請求項2至4中任一項之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該丙烯酸聚合物乳液係由乳液聚合丙烯酸聚合物粒子、至少一種乳化劑及水組成。
  7. 如請求項1之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該二液型丙烯酸組成物亦包含至少一種其他類型之丙烯酸聚合物粒子。
  8. 如請求項7之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中至少一種其他類 型之丙烯酸聚合物粒子為聚合物珠粒。
  9. 如請求項1之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該聚合乳液粒子及可能存在之其他類型之聚合物粒子形成該二液型丙烯酸組成物在混合前所存在的至少98%聚合物。
  10. 一種製造可硬化二液型丙烯酸組成物之方法，其包含穩定儲存之第一液體部分及穩定儲存之第二液體部分，該等部分混合時彼此反應形成硬化成固體之黏合劑，該方法包含以下步驟：(a)丙烯酸單體組成物在過量引發劑存在下進行乳液聚合，產生含有殘餘引發劑之丙烯酸聚合物乳液；或(b)丙烯酸單體組成物進行乳液聚合，產生丙烯酸聚合物乳液，且向該乳液中添加引發劑；或(c)丙烯酸單體組成物在無過量引發劑存在下進行乳液聚合，產生丙烯酸聚合物乳液；(d)視情況混合(a)或(b)之乳液與至少一種其他類型之丙烯酸聚合物粒子，或混合(c)之乳液與該其他類型之丙烯酸聚合物於丙烯酸單體中之溶液，藉此產生適合在丙烯酸單體及引發劑共同存在下以預定速率硬化之液體丙烯酸聚合物第一部分。
  11. 一種如請求項1至9中任一項所定義之第一液體部分之用途，其在可硬化二液型丙烯酸組成物中作為黏團(dough)時間縮短劑。
  12. 一種液體組成物，其包含乳液聚合丙烯酸聚合物粒子，視情況與至少一種其他類型之非乳液聚合丙烯酸聚合物粒子混合，且其特徵在於該液體組成物中存在足以使該液體組成物在與反應性單體液體接觸時硬化之含量的聚合引發劑。
  13. 一種固體黏合劑組成物，其係由混合如請求項1至9中任一項之二液型丙烯酸組成物而製造。
  14. 一種由如請求項1至9中任一項之二液型丙烯酸組成物製造丙烯 酸黏合劑之方法，其係混合該第一及該第二部分。
  15. 一種具有至少兩個筒身之注射器，其包含如請求項1至9中任一項之第一液體部分在其第一筒身中及如請求項1至9中任一項之第二液體部分在其第二筒身中。
  16. 一種具有至少兩個筒身之填縫槍，其包含如請求項1至9中任一項之第一液體部分在其第一筒身中及如請求項1至9中任一項之第二液體部分在其第二筒身中。
  17. 如請求項1之二液型組成物，其用於處理人類或動物骨骼。
  18. 如請求項1之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該第一液體部分及第二液體部分之布絡克菲爾德黏度(Brookfield viscosity)範圍可介於10與10,000厘泊(centipoise)之間。
  19. 如請求項1之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該第一部分進一步包含第二或其他群之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子，該等粒子具有與如請求項1之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子不同的各別z平均粒徑。
  20. 如請求項1之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該乳液聚合丙烯酸聚合物粒子係在10至2,000nm範圍中。
  21. 如請求項1之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該第一部分進一步包含第二或其他群之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子且其中該第二或其他群之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子的z平均粒徑係在10至2,000nm範圍中。
  22. 如請求項1之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該第一部分進一步包含兩種或兩種以上其他類型之丙烯酸聚合物粒子群，該等其他類型具有彼此不同之各別平均直徑粒徑。
  23. 如請求項7之可硬化二液型丙烯酸組成物，其中該等其他丙烯酸聚合物粒子的平均直徑粒徑為10至1,000微米。
  24. 一種可硬化二液型丙烯酸組成物，其包含穩定儲存之第一液體部分及穩定儲存之第二液體部分，該等部分混合時彼此反應形成硬化之黏合劑，該組成物進一步包含丙烯酸單體組分及含量可使單體組分有效聚合之引發劑組分，其特徵在於該第一液體部分包含於液體載劑中第一群之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子及第二或其他群之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子，該等粒子具有與第一乳液聚合丙烯酸聚合物粒子不同的z平均粒徑。
  25. 一種可硬化二液型丙烯酸組成物，其包含穩定儲存之第一液體部分及穩定儲存之第二液體部分，該等部分混合時彼此反應形成硬化之黏合劑，該組成物進一步包含丙烯酸單體組分及含量可使單體組分有效聚合之引發劑組分，其特徵在於該第一液體部分包含於液體載劑中第一群之乳液聚合丙烯酸聚合物粒子及兩種或兩種以上其他類型之丙烯酸聚合物粒子群，該等其他類型具有彼此不同之各別平均直徑粒徑。
  26. 一種固體黏合劑組成物，其係由混合如請求項4至9或17至23中任一項之二液型丙烯酸組成物而製造，其中該黏合劑係多孔的。
  27. 如請求項26之固體黏合劑組成物，其係骨黏合劑，且其中孔隙度(尺寸及外形)提供抗生素及其他藥物向周圍骨骼及組織中之控制釋放。
TW102111332A 2012-03-30 2013-03-29 二液型丙烯酸組成物 TWI590841B (zh)

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