Состав светоотверждаемого наноструктурного композиционного материала для ортопедической стоматологии

Состав светоотверждаемого наноструктурного композиционного материала для ортопедической стоматологии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение касается состава светоотверждаемого композита, предназначенного для использования в ортопедической и ортодонтической стоматологии, в частности для изготовления базисов полных и частичных съемных зубных протезов и т.п.

Композитные или композиционные материалы, которые также иногда называют одним словом композиты, относятся к наиболее популярным и современным стоматологическим материалам. В стоматологии композитами принято называть вещества, состоящие из органической полимерной матрицы, неорганического наполнителя и связующего слоя, например силана. Известно, что для изготовления базисов протезов используются различные материалы: на основе целлюлозы, фенолформальдегида, виниловых пластмасс и эбонита, но наибольшее распространение получили акриловые пластмассы как материал достаточно дешевый и обладающий такими свойствами, как относительно низкая токсичность, удобство переработки, химическая стойкость, механическая прочность и эстетические качества.

Акриловые пластмассы, обычно выпускаемые в виде комплекта жидкости и порошка, представляющего собой полимеры и сополимеры акриловых и метакриловых кислот, могут быть двух видов:

1) пластмассы горячего отверждения;

2) пластмассы холодного отверждения (самотвердеющие пластмассы).

Жидкость бывает двух видов:

1) в виде отдельных акриловых или метакриловых мономеров;

2) в виде смеси акриловых и/или метакриловых мономеров.

Для предотвращения самопроизвольной полимеризации в жидкость вводят ингибиторы. Для улучшения свойств акриловых пластмасс в жидкость добавляют сшивагент. В жидкость для самотвердеющих пластмасс дополнительно вводят активатор.

Жидкость некоторых материалов содержит вещества, регулирующие рост полимерной цепи. При полимеризации в этом случае образуется полимер меньшей молекулярной массы. Снижение молекулярной массы повышает эластичность материала.

Композиты химического отверждения (химические композиты) представлены, как правило, системами паста-паста или порошок-жидкость. Один из компонентов содержит химический активатор, другой - инициатор полимеризации. При смешивании двух компонентов образуются свободные радикалы, инициирующие реакцию полимеризации. Качество композита в этом случае будет зависеть от точности дозировки компонентов и тщательности их перемешивания. Цвета каталитической и базовой паст различаются. Создание при их перемешивании однородного цвета свидетельствует о готовности композита для внесения в полость зуба.

Известны светоотверждаемые стоматологические материалы, представляющие собой однопастные системы, преимущества которых, по сравнению с описанными выше, заключаются в том, что не требуется операций взвешивания и перемешивания, а также отсутствует риск образования во время приготовления воздушных пузырей, наличие которых ухудшает физические свойства композита.

Например, в патенте US4267133, опубликованном 12 мая 1981, описан способ изготовления зубных протезов с использованием фотоотверждаемых соединений смолы в форме пасты, содержащей полимеризуемый метакрилат и/или акрилат с добавлением легкого сенсибилизатора и/или наполнителя, где в качестве светосенсибилизатора можно использовать бензил бензоинметиловый эфир, этиловый эфир бензоина, пропиловый эфир бензоина, бутиловый эфир бензоина, которые могут использоваться отдельно или в комбинации. Хотя количество светосенсибилизатора определяется типом основного материала, скоростью отверждения, соотношением других добавок (пигмент и т.д.), его обычно используют в количестве от 0,2 до 10% от массы материала, предпочтительно 0,5-8 масс. %. При этом процедура светоотверждения осуществляется с использованием актиничного излучения с длиной волны 3400 Å или более.

Наиболее близким, выбранным за прототип заявляемого изобретения, является светоотверждаемый полимер, предназначенный для изготовления базисов протезов, описанный в патенте US 6506815, дата публикации 30 мая 2002. Данный материал представляет собой полимерную композицию для изготовления базиса протеза в виде одной пасты, состоящей из:

- (а) матрицы, которая является полимеризуемым мономером метакрилата или акрилата, имеющего, по крайней мере, одну ненасыщенную двойную связь, и/или олигомера в количестве от 15 до 95 массовых %;

- (б) органического наполнителя и/или органо-неорганического композитного наполнителя в количестве от 1 до 75 массовых %, используемого для улучшения прочности при изгибе, для обеспечения ударопрочности и для приведения полимерной композиции в пастообразное состояние;

- (с) инициирующей системы, которая состоит из инициатора полимеризации теплового типа бензоила пероксида и/или фотоинициатора камфорохинона. Их количество составляет от 0,05 до 5,0 массовых %, и к ним может быть добавлено от 1 до 60 массовых % наполнителя, прошедшего поверхностную обработку с помощью винилового трихлорсилана.

Данная композиция не требует операций взвешивания и перемешивания во время приготовления базиса протеза, что предотвращает вовлечение воздушных пузырьков. С течением времени материал и изделие из него не изменяет физические свойства или цвет. Кроме того, готовый протез имеет высокую упругость и обладает высокой ударной вязкостью, что обеспечивает целостность изделия в случае его падения. Время облучения полимерной композиции с помощью видимого светового облучателя (торговое имя: LABOLIGHT LV-II, произведенного Корпорацией GC) составляет 5 минут.

Недостатком является достаточно высокий уровень минимального количества вводимого фотоинициатора и/или инициатора теплового типа, а также время полимеризации.

Задача предлагаемого изобретения заключается в расширении арсенала светоотверждаемых стоматологических материалов в виде одной пасты.

Технический результат заключается в реализации назначения и в сокращении минимального количества вводимого инициатора: фотоинициатора и инициатора теплового типа до 0,005 масс. % и сокращении времени полимеризации до 4 минут с сохранением хорошего качества эксплуатационных характеристик светоотверждаемого композита.

Задача решается путем предлагаемого состава светоотверждаемого наноструктурного композиционного материала, содержащего:

а) органическую матрицу, которая состоит из уретандиметакрилата в качестве высокомолекулярного олигомера, участвующего в реакции световой полимеризации и повышающего эластичность материала; эластомера и триэтиленгликольдиметакрилата (далее ТГМ-3) в качестве сшивагента и мономера-разбавителя, снижающего вязкость высокомолекулярных олигомеров;

б) органо-неорганический наполнитель, который включает модифицированный олигомерной смесью органический наполнитель полиметилметакрилат и кластер, состоящий из модифицированных олигомерной смесью органического наполнителя полиуретана CS-400 и предварительно силанизированного неорганического наполнителя оксида кремния мелкодисперсного. Олигомерная смесь включает следующие компоненты: уретандиметакрилат, триэтиленгликольдиметакрилат, эластомер, камфорохинон, этил-4-диметиламинобензоат;

в) инициирующую систему, которая состоит из фотоинициаторов с длиной волн 340-400 нм в УФ-спектре и 400-500 нм в видимой части спектра и термоинициатора, способствующего образованию радикалов под действием инфракрасного теплового излучения с длиной волн 750-1500 нм, каждый из которых может быть введен в состав в минимальном количестве 0,005 масс. %. Кроме того, инициирующая система содержит активатор полимеризации;

г) вспомогательные добавки: пигменты, и/или УФ-поглотитель света, и/или антиоксиданты.

Состав по настоящему изобретению представлен в виде одной пасты при следующем соотношении ингредиентов, масс. %:

уретандиметакрилат - 15,0÷29,0;

эластомер Exothane 26 фирмы Esschem - 8,0÷16,0;

ТГМ-3 (триэтиленгликольдиметакрилат) - 2,0÷3,8;

фотоинициатор камфорохинон - 0,005÷0,4;

фотоинициатор диметилкетальбензил - 0,005÷0,4;

термоинициатор перекись бензоила - 0,005÷0,4;

активатор полимеризации этил-4-диметиламинобензоат - 0,2÷1,8;

вспомогательные добавки - 0,01÷0,9;

органический наполнитель полиуретан CS-400 - 5,0÷8,0;

неорганический наполнитель оксид кремния мелкодисперсный - 10,0÷20,0;

органический наполнитель полиметилметакрилат - остальное.

При этом вспомогательные добавки включают пигменты, и/или УФ-поглотитель света, и/или антиоксиданты.

Новизна предлагаемой композиции заключается в том, что:

- используют комбинацию фото- и термо-инициаторов, что дает возможность использования разных источников излучения за счет расширения диапазона инициирующих излучений, т.к. полимеризация предлагаемого материала может проходить как под воздействием любого из 3-х инициаторов: для фотоинициации диметилкетальбензила ультрафиолетовое излучение в диапазоне 340-400 нанометров, для фотоинициации камфорохинона синий свет в диапазоне 420-475 нанометров, для перекиси бензоила инфракрасное тепловое излучение в диапазоне 760-1500 нанометров, так и при одновременном использовании указанных излучений;

- минимальное количество каждого инициатора в инициирующей системе равно 0,005 масс. %, что заметно ниже, чем соответствующее минимальное значение по прототипу от 0,01 масс. %. При этом по прототипу максимальное количество инициатора равно 5 масс. %, в то время как из-за высокой стоимости инициаторов это экономически не выгодно. В заявленном изобретении для получения материала хорошего качества достаточно введения инициирующей системы в суммарном количестве не более 1,6 масс. %;

- в качестве органического наполнителя используют полимеры, в то время как в материале-прототипе органическую составляющую наполнителя готовят полимеризацией олигомерно-мономерной смеси;

органо-неорганический наполнитель включает модифицированный олигомерной смесью органический наполнитель полиметилметакрилат, улучшающий прочностные характеристики материала, а также кластер, состоящий из модифицированных олигомерной смесью органического наполнителя полиуретана CS-400, предназначенного для оптимизации упругих свойств материала, и предварительно силанизированного неорганического наполнителя оксида кремния мелкодисперсного, предназначенного для оптимизации консистенции и повышения прочности материала.

Олигомерная смесь включает следующие компоненты: уретандиметакрилат, триэтиленгликольдиметакрилат, эластомер, камфорохинон, этил-4-диметиламинобензоат, взятые в заявленных количествах.

Новизна и изобретательский уровень заключаются в том, что из уровня техники неизвестно, что использование минимального количества инициатора 0,005 масс. % обеспечивает необходимый уровень полимеризации в течение 4 минут с сохранением хорошего качества эксплуатационных характеристик светоотверждаемого композита.

Промышленная применимость подтверждается примерами осуществления изобретения, приведенными в таблице на фиг. 1.

Пример получения заявленного композиционного материала.

Готовят навески при следующем соотношении ингредиентов, масс. %:

уретандиметакрилат - 15,0÷29,0;

эластомер Exothane 26 фирмы Esschem - 8,0÷16,0;

ТГМ-3 (триэтиленгликольдиметакрилат) - 2,0÷3,8;

инициирующая система - 0,015÷1,2;

активатор полимеризации этил-4-диметиламинобензоат - 0,2÷1,8;

вспомогательные добавки - 0,01÷0,9;

органический наполнитель полиуретан CS-400 - 5,0÷8,0;

неорганический наполнитель оксид кремния мелкодисперсный - 10,0÷20,0;

органический наполнитель полиметилметакрилат - остальное.

Готовят олигомерную смесь, перемешивая до получения прозрачной смеси в магнитной мешалке с подогревом уретандиметакрилат, ТГМ-3, эластомер, камфорохинон, этил-4-диметиламинобензоат. Полученную олигомерную смесь делят на шесть частей. Берут две части полученной олигомерной смеси и модифицируют, перемешивая, полиметилметакрилат, затем берут 1 часть олигомерной смеси и модифицируют, перемешивая, органический наполнитель полиуретан CS-400. Готовят органо-неорганический наполнитель в виде кластера путем перемешивания предварительно силанизированного неорганического наполнителя оксида кремния мелкодисперсного с модифицированным полиуретаном CS-400 и двумя частями олигомерной смеси. Для получения готового состава светоотверждаемого наноструктурного композиционного материала тщательно перемешивают одну часть олигомерной смеси с модифицированным полиметилметакрилатом и вспомогательными добавками: пигментами, и/или УФ-поглотителем света, и/или антиоксидантами, добавляют термоинициатор перекись бензоила и фотоинициатор диметилкетальбензил, а затем добавляют небольшими порциями готовый органо-неорганический наполнитель в виде кластера и перемешивают до получения пластичной гомогенной консистенции. Полученную массу вакуумируют.

Для изготовления базиса протеза полученной полимерной композиции придают необходимую форму и помещают в полимеризатор. Облучение проводят в течение 4 минут.

Для проведения полимеризации использовали следующие виды полимеризаторов:

1) фотополимеризатор LightBox-360 фирмы Рудент, диапазон излучения 320-400 нм;

2) фотополимеризатор зуботехнический светодиодный Фотэст, диапазон излучений 420-500 нм, диапазон излучений 750-1500 нм.

Для подтверждения осуществимости заявленного изобретения были исследованы различные варианты состава светоотверждаемого наноструктурного композиционного материала для ортопедической стоматологии в заявленных рамках соотношений ингридиентов.

На фиг. 1 в таблице приведены примеры с использованием минимально допустимых значений, максимально допустимых значений, значений менее минимально допустимых, значений больше максимально допустимых и средних значений содержания инициаторов.

Для определения показателей «Прочность при изгибе» и «Модуль упругости» образцы полимерной композиции для базиса протеза готовили в соответствии с ГОСТ 31572-2012 (ISO 1567:1999).

Результаты испытаний образцов, приведенные в таблице на фиг. 1, показали, что разработанный материал по прочностным характеристикам соответствует требованиям ГОСТ 31572-2012 (ISO 1567:1999), несмотря на меньшее содержание инициаторов. В примере 3, где приведен состав с использованием значений содержания инициаторов менее минимально допустимых, значение прочности при изгибе менее требуемого ГОСТом. Пример 4 подтверждает, что использование содержания инициаторов больше максимально допустимых приводит к получению материала со слишком высокими значениями модуля упругости и прочности при изгибе.

Прочностные характеристики материала, представленные в таблице, при использовании различных полимеризаторов для его отверждения достоверно не отличались.

Предложенный композиционный материал может быть также использован для изготовления седловидных частей бюгельных протезов, временных коронок и мостовидных протезов, индивидуальных ложек, лечебных капп, базисных пластин, подбородочных пращей, капп, ортодонтических аппаратов, а также для ремонта ортопедических конструкций, для лабораторной перебазировки ортопедических конструкций и определения конструкционного прикуса.

1. Состав светоотверждаемого композиционного материала для ортопедической стоматологии, содержащий органическую матрицу, органо-неорганический наполнитель и инициирующую систему, которая состоит из инициатора полимеризации теплового типа бензоила пероксида и фотоинициатора камфорохинона, отличающийся тем, что органическая матрица состоит из уретандиметакрилата, эластомера Exothane 26 и триэтиленгликольдиметакрилата, органо-неорганический наполнитель включает модифицированный олигомерной смесью органический наполнитель полиметилметакрилат и кластер, состоящий из модифицированных олигомерной смесью органического наполнителя полиуретана CS-400 и предварительно силанизированного неорганического наполнителя оксида кремния мелкодисперсного, при этом олигомерная смесь включает следующие компоненты: уретандиметакрилат, триэтиленгликольдиметакрилат, эластомер Exothane 26, камфорохинон, этил-4-диметиламинобензоат, а инициирующая система дополнительно включает фотоинициатор диметилкетальбензил и активатор полимеризации, а также вспомогательные добавки, причем композиция по настоящему изобретению представлена в виде одной пасты при следующем соотношении ингредиентов, масс. %:уретандиметакрилат - 15,0÷29,0;эластомер - 8,0÷16,0;ТГМ-3 (триэтиленгликольдиметакрилат) - 2,0÷3,8;фотоинициатор камфорохинон - 0,005÷0,4;фотоинициатор диметилкетальбензил - 0,005÷0,4;термоинициатор перекись бензоила - 0,005÷0,4;активатор полимеризации этил-4-диметиламинобензоат - 0,2÷1,8;вспомогательные добавки - 0,01÷0,9;органический наполнитель полиуретан CS-400 - 5,0÷8,0;неорганический наполнитель оксид кремния мелкодисперсный - 10,0÷20,0;органический наполнитель полиметилметакрилат - остальное.

2. Состав светоотверждаемого композиционного материала для ортопедической стоматологии по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательные добавки включают пигменты, и/или УФ-поглотитель света, и/или антиоксиданты.