CN102895126B - 一种齿科修复树脂用有机/无机杂化填料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种齿科修复树脂用有机/无机杂化填料的制备方法，包括：（1）制备羧基化改性单体C-BisGMA；（2）在环己烷中加入无机材料，再添加有机胺和偶联剂，反应得到表面含氨基的改性无机材料；（3）将羧基化改性单体C-BisGMA溶解于二氯甲烷中，然后依次加入催化剂和缩水剂，再加入表面含氨基的改性无机材料，即可。本发明的制备方法操作简单，杂化反应效率高，树脂混合效果好；本发明所制得有机/无机杂化填料表面含有较高含量的有机组分和可聚合双键基团，应用于树脂中，增强其与有机基体相容性，改善有机基体和无机填料两相界面相互作用力，提高复合树脂的物理机械性能、耐磨性能、湿环境稳定性等。
Description
技术领域
本发明属于齿科修复材料的制备领域，特别涉及一种齿科修复树脂用有机/无机杂化填料的制备方法。
背景技术
口腔疾病为常见病和多发病，严重影响人体健康，其中龋病的发病率高达80%，龋病与心脑血管疾病、肿瘤一起被世界卫生组织列为21世纪需要重点防治的三大非传染性疾病，而治疗的关键是修复材料。应用于齿科修复的复合树脂，近十年来发展迅速，因其修复过程简短，美观、力学性能和生物相容性良好等优点，逐渐取代传统齿科修复材料，如银汞合金等。
齿科修复材料在长期服役中需承受较大的咀嚼作用力而不发生变形破坏，而这对于口腔后牙修复更为重要。无机增强填料的加入，在赋予材料更强的物理机械性能，如弹性模量、弯曲强度、压缩强度、耐磨性和硬度等同时，减少了有机单体组分含量，进而降低树脂固化时的聚合收缩。临床用齿科修复树脂主要由有机树脂基体和表面改性无机增强填料构成，有机单体、无机增强填料和引发剂均匀混合后，经过可见光照射后形成固化复合树脂，其中，无机增强填料通常为不处理或简单表面改性处理后，混合应用于复合树脂。然而研究表明（Hongquan Zhang,Biomedical Materials,2010,5,）无机增强虽然可以较明显的提高复合树脂的物理机械性能，但无机填料在复合材料中的分散性、浸润性依旧存在不足，无机填料与聚合物基体两相相容性欠佳，界面结合作用力弱，依然是导致齿科修复复合材料物理机械性能较低、稳定性和耐水吸附性差的重要原因之一（C.Santos，Biomaterials,2002,23,1897-1904）。
因此，通过对无机填料表面进行修饰，提高无机填料表面有机含量和可聚合基团数量，制备应用于齿科修复复合材料的杂化材料，对于改善、提高复合材料多相界面作用，提高材料综合性能，具有重要意义（Maria M.Karabela,Dental Materials,2008,24,1631-1639）。
目前，在齿科修复材料研究中，更多集中于新型无机增强填料及复合树脂组分配比对性能影响等方面，鲜有从有机/无机杂化填料改善复合树脂界面问题方面进行研究，而以齿科修复用单体为有机成分进行有机/无机杂化填料制备来保持复合树脂各有机成分同源性，提高杂化填料与有机基体两相相容性的方法未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种齿科修复树脂用有机/无机杂化填料的制备方法，该方法的杂化反应效率高，树脂混合效果好，杂化填料与树脂基体界面结合相互作用力强，有助于提高物理机械性能、耐磨性能、湿环境稳定性等。
本发明的一种齿科修复树脂用有机/无机杂化填料的制备方法，包括：
（1）双酚A-双甲基丙烯酸缩水甘油酯（BisGMA）羧基化
将酸酐加入吡啶中，溶解后得到酸酐的吡啶溶液；用吡啶稀释BisGMA，得到BisGMA的吡啶溶液，然后将BisGMA的吡啶溶液滴加至上述酸酐的吡啶溶液中，20-25℃下反应18-30小时，得到改性单体溶液，最后经过后处理得到羧基化改性单体C-BisGMA；其中酸酐与BisGMA的摩尔比为2-2.5：1；
（2）表面改性无机填料制备
向环己烷中加入无机材料，机械搅拌30-60分钟，超声分散30-60分钟，再添加有机胺和偶联剂，于20-25℃反应30-60分钟，再于55-65℃下反应30-90分钟，得到表面含氨基的改性无机材料；其中无机材料、偶联剂、有机胺的重量比为2-5：0.5-1：0.1-0.4；
（3）有机/无机杂化填料制备
将步骤（1）得到的羧基化改性单体C-BisGMA溶解于二氯甲烷中，得到C-BisGMA的二氯甲烷溶液，然后依次滴加含有催化剂的二氯甲烷溶液和含有缩水剂的二氯甲烷溶液，再加入步骤（2）得到的表面含氨基的改性无机材料，超声分散均匀后机械搅拌，于20-30℃下反应20-25h，得到有机/无机杂化填料反应液，然后过滤洗涤，最后于35-45℃真空干燥18-24小时即得有机/无机杂化填料；其中，C-BisGMA与表面含氨基的改性无机材料的质量比为0.1-0.5：1，C-BisGMA、缩水剂、催化剂的摩尔比为1：1-1.5：0.01-0.5。
步骤（1）中所述的酸酐为饱和或不饱和二酸酐，具体为丁二酸酐、顺丁烯二酸酐、戊二酸酐等中的一种。
步骤（1）中所述的BisGMA的吡啶溶液中BisGMA与吡啶的质量体积比为5-10g：5-15mL。
步骤（1）中所述的BisGMA与酸酐的吡啶溶液中吡啶的质量体积比为5g：100-150mL。
步骤（1）中所述的后处理具体操作为：将得到的改性单体溶液在35-50℃下，减压蒸馏得到粘稠状液体，然后加入二氯甲烷进行溶解，再用10-20wt%稀盐酸反复洗涤1-5次后，取二氯甲烷层，干燥后过滤，最后于35-50℃减压蒸馏并于35-50℃真空干燥即可。
步骤（1）中所述BisGMA单体与二酸酐反应，位点为羟基，所得产物含有羧基基团，如图1所示。
步骤（2）中所述的无机材料为球形二氧化硅、羟基磷灰石颗粒、羟基磷灰石晶须、氧化锆、陶瓷粉中的一种。
步骤（2）中所述的偶联剂为含氨基结构的硅烷偶联剂中的一种，如γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷等；所述的有机胺为正丙胺。
步骤（3）中所述的C-BisGMA的二氯甲烷溶液中C-BisGMA与二氯甲烷的质量体积比为0.2g：100mL-200mL。
步骤（3）中所述的催化剂为N-羟基琥珀酰亚胺、4-二甲氨基吡啶、1-羟基苯并三唑中的一种，缩水剂为二环己基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐中的一种。
步骤（3）中所述的含有催化剂的二氯甲烷中催化剂与二氯甲烷的质量体积比为0.04-0.06g：10-15mL；含有缩水剂的二氯甲烷溶液中缩水剂与二氯甲烷的质量体积比为0.01-0.035g：10-15mL。
将步骤（3）得到有机/无机杂化填料与混合单体（双酚A-双甲基丙烯酸缩水甘油酯BisGMA、双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯TEGDMA）、复合引发剂（樟脑醌、4-N,N-二甲基氨基苯甲酸乙酯）手工预混后，再通过超细三辊研磨机混合均匀，得到未固化树脂膏，最后经可见光固化即得齿科修复树脂；其中，有机/无机杂化填料占齿科修复树脂的重量百分数为50%-85%；混合单体与复合引发剂的重量比为1：0.01；双酚A-双甲基丙烯酸缩水甘油酯与双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯的重量比为4-7：6-3，樟脑醌与4-N,N-二甲基氨基苯甲酸乙酯的重量比为1：3-4。
本发明先通过有机合成方法，将齿科修复用主单体BisGMA改性，使分子含羧基基团；再采用含氨基偶联剂的有机溶剂改性体系，对无机材料表面进行处理，得到表面含氨基的改性无机材料；最后在有机溶剂中，将表面含氨基的无机材料与改性单体反应制备新型有机/无机杂化材料，即可用于齿科修复树脂。
有益效果：
（1）本发明的制备方法操作简单，反应效率高，树脂混合效果好，可针对性应用于齿科修复树脂领域；
（2）本发明所制得新型有机/无机杂化填料，相比传统齿科修复树脂用无机填料，表面含有较高含量的有机组分和可聚合双键基团，表面有机组分与复合树脂制备用单体保持结构同源性，应用于齿科修复树脂中，增强其与有机基体相容性，改善并提高有机基体和无机填料两相界面相互作用力，进而有助于增加无机填料填充量，提高复合树脂的物理机械性能、耐磨性能、湿环境稳定性等。
附图说明
图1为本发明的有机单体改性路线图；
图2为本发明的有机单体/无机（二氧化硅）杂化填料的FT-IR图；
图3为本发明的有机单体/无机（二氧化硅）杂化填料的热失重曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
（1）双酚A-双甲基丙烯酸缩水甘油酯羧基化
将2.1489g丁二酸酐加入100mL吡啶溶剂中，搅拌溶解，用10mL吡啶稀释5.0000gBisGMA后，滴加至上述酸酐吡啶溶液中，室温下反应24小时，得到改性单体溶液，然后在45℃下，减压蒸馏至无吡啶分离出，加入100mL二氯甲烷进行溶解并倒入分液漏斗，用10wt%稀盐酸反复洗涤数次至上层液体澄清，取二氯甲烷层，加入干燥剂过夜处理后，过滤，45℃减压蒸馏并于45℃真空烘箱处理，得到改性单体C-BisGMA。
（2）表面改性二氧化硅颗粒制备
向100mL环己烷中加入5.0000g球形二氧化硅颗粒，机械搅拌45分钟，超声分散45分钟，再添加0.1000g正丙胺和0.5000gγ-氨丙基三乙氧基硅烷，于25℃反应30分钟，再于60℃下反应60分钟，减压蒸馏除去溶剂及挥发性气体，置于90℃真空烘箱烘干18小时，得到表面含氨基的改性二氧化硅颗粒。
（3）C-BisGMA/二氧化硅杂化填料制备
将0.2000g C-BisGMA溶解于100mL二氯甲烷中，分别用10mL二氯甲烷溶解0.0500g4-二甲氨基吡啶和0.0100g二环己基碳二亚胺，先后滴加至上述溶液中，再加入1.0000g表面改性二氧化硅颗粒，超声分散均匀后，机械搅拌，室温25℃下反应24h，得到杂化填料反应液，然后用二氯甲烷洗涤，将滤饼取下于二氯甲烷中溶解分散后过滤，重复数次后，置于真空烘箱40℃处理24小时，即得可应用于齿科修复树脂的C-BisGMA/二氧化硅杂化填料。
实施例2
C-BisGMA/二氧化硅杂化填料填充树脂的制备
将实施例1得到的7.0000g C-BisGMA/二氧化硅杂化填料与1.5000g BisGMA、1.5000gTEGDMA、0.0060g樟脑醌、0.0240g 4-N,N-二甲基氨基苯甲酸乙酯，经过超细三辊混合机混合均匀，制得含杂化填料的复合树脂膏，再经可见光固化制得齿科修复树脂。
制备的C-BisGMA/二氧化硅杂化材料利用傅里叶红外光谱仪分析，表面成功复合C-BisGMA；采用德国耐驰热失重分析仪测得杂化材料表面C-BisGMA含量为9.2.wt%。
实施例3
（1）双酚A-双甲基丙烯酸缩水甘油酯羧基化
将4.7279g顺丁烯二酸酐加入240mL吡啶溶剂中，搅拌溶解，用15mL吡啶稀释10.0000g BisGMA后，滴加至上述酸酐吡啶溶液中，室温下反应24小时，得到改性单体溶液，然后在45℃下，减压蒸馏至无吡啶分离出，加入150mL二氯甲烷进行溶解并倒入分液漏斗，用10wt%稀盐酸反复洗涤数次至上层液体澄清，取二氯甲烷层，加入干燥剂过夜处理后，过滤，45℃减压蒸馏并于45℃真空烘箱处理，得到改性单体C-BisGMA。
（2）表面改性羟基磷灰石晶须制备
向100mL环己烷中加入5g羟基磷灰石晶须，机械搅拌45分钟，超声分散45分钟，再添加0.2000g正丙胺和0.6000gγ-氨丙基三乙氧基硅烷，于25℃反应30分钟，再于60℃下反应60分钟，减压蒸馏除去溶剂及挥发性气体，置于90℃真空烘箱烘干18小时，得到表面含氨基的改性羟基磷灰石晶须。
（3）C-BisGMA/羟基磷灰石晶须杂化填料制备
将0.2000g C-BisGMA溶解于150mL二氯甲烷中，分别用10mL二氯甲烷溶解0.0480g4-二甲氨基吡啶和0.0150g二环己基碳二亚胺，先后滴加至上述溶液中，再加入1.0000g表面改性羟基磷灰石晶，超声分散均匀后，机械搅拌，室温25℃下反应24h，得到杂化填料反应液，然后用二氯甲烷洗涤，将滤饼取下于二氯甲烷中溶解分散后过滤，重复数次后，置于真空烘箱40℃处理24小时，即得可应用于齿科修复树脂的C-BisGMA/羟基磷灰石晶须杂化填料。
实施例4
C-BisGMA/羟基磷灰石晶须杂化填料填充树脂的制备
将实施例3得到的7.5000g C-BisGMA/羟基磷灰石晶须杂化填料与1.0000g BisGMA、1.5000g TEGDMA、0.0050g樟脑醌、0.0200g 4-N,N-二甲基氨基苯甲酸乙酯，经过超细三辊混合机混合均匀，制得含杂化填料的复合树脂膏，再经可见光固化后制得齿科修复树脂。
实施例5
（1）双酚A-双甲基丙烯酸缩水甘油酯羧基化
将2.3820g丁二酸酐加入150mL吡啶溶剂中，搅拌溶解，用15mL吡啶稀释5.0000gBisGMA后，滴加至上述酸酐吡啶溶液中，室温下反应24小时，得到改性单体溶液，然后在45℃下，减压蒸馏至无吡啶分离出，加入100mL二氯甲烷进行溶解并倒入分液漏斗，用10wt%稀盐酸反复洗涤数次至上层液体澄清，取二氯甲烷层，加入干燥剂过夜处理后，过滤，45℃减压蒸馏并于45℃真空烘箱处理，得到改性单体C-BisGMA。
（2）表面改性羟基磷灰石颗粒制备
向100mL环己烷中加入5.0000g羟基磷灰石颗粒，机械搅拌45分钟，超声分散45分钟，再添加0.1500g正丙胺和0.7000g γ-氨丙基三甲氧基硅烷，于25℃反应30分钟，再于60℃下反应60分钟，减压蒸馏除去溶剂及挥发性气体，置于90℃真空烘箱烘干18小时，得到表面含氨基的改性羟基磷灰石颗粒。
（3）C-BisGMA/羟基磷灰石杂化填料制备
将0.2000g C-BisGMA溶解于100mL二氯甲烷中，分别用10mL二氯甲烷溶解0.0600g4-二甲氨基吡啶和0.03200g二环己基碳二亚胺，先后滴加至上述溶液中，再加入1.0000g表面改性羟基磷灰石颗粒，超声分散均匀后，机械搅拌，室温25℃下反应24h，得到杂化填料反应液，然后用二氯甲烷洗涤，将滤饼取下于二氯甲烷中溶解分散后过滤，重复数次后，置于真空烘箱40℃处理24小时，即得可应用于齿科修复树脂的C-BisGMA/羟基磷灰石杂化填料。
实施例6
C-BisGMA/羟基磷灰石颗粒杂化填料填充树脂的制备
将实施例5得到的6.0000g C-BisGMA/羟基磷灰石杂化填料与2.4000g BisGMA、1.6000g TEGDMA、0.0080g樟脑醌、0.0320g 4-N,N-二甲基氨基苯甲酸乙酯，经过超细三辊混合机混合均匀，制得含杂化填料的复合树脂膏，再经可见光固化制得齿科修复树脂。
Claims (3)
1.一种齿科修复树脂用有机/无机杂化填料的制备方法，包括：
（1）将酸酐加入吡啶中，溶解后得到酸酐的吡啶溶液；用吡啶稀释BisGMA，得到BisGMA的吡啶溶液，然后将BisGMA的吡啶溶液滴加至上述酸酐的吡啶溶液中，20-25℃下反应18-30小时，得到改性单体溶液，最后经过后处理得到羧基化改性单体C-BisGMA；其中酸酐与BisGMA的摩尔比为2-2.5：1；
（2）在环己烷中加入无机材料，机械搅拌30-60分钟，超声分散30-60分钟，再添加有机胺和偶联剂，于20-25℃反应30-60分钟，再于55-65℃下反应30-90分钟，得到表面含氨基的改性无机材料；其中无机材料、偶联剂、有机胺的重量比为2-5：0.5-1：0.1-0.4；
（3）将步骤（1）得到的羧基化改性单体C-BisGMA溶解于二氯甲烷中，得到C-BisGMA的二氯甲烷溶液，然后依次滴加含有催化剂的二氯甲烷溶液和含有缩水剂的二氯甲烷溶液，再加入步骤（2）得到的表面含氨基的改性无机材料，超声分散均匀后机械搅拌，于20-30℃下反应20-25h，得到有机/无机杂化填料反应液，然后过滤洗涤，最后于35-45℃真空干燥18-24小时即得齿科修复树脂用有机/无机杂化填料；其中，C-BisGMA与表面含氨基的改性无机材料的质量比为0.1-0.5：1，C-BisGMA、缩水剂、催化剂的摩尔比为1：1-1.5：0.01-0.5；
步骤（1）中所述的酸酐为丁二酸酐、顺丁烯二酸酐、戊二酸酐中的一种；
步骤（1）中所述的后处理具体操作为：将得到的改性单体溶液在35-50℃下，减压蒸馏得到粘稠状液体，然后加入二氯甲烷进行溶解，再用10-20wt%稀盐酸反复洗涤1-5次后，取二氯甲烷层，干燥后过滤，最后于35-50℃减压蒸馏并于35-50℃真空干燥即可；
步骤（2）中所述的无机材料为球形二氧化硅、羟基磷灰石颗粒、羟基磷灰石晶须、氧化锆、陶瓷粉中的一种；
所述的偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三甲氧基硅烷；所述的有机胺为正丙胺；
步骤（3）中所述的C-BisGMA的二氯甲烷溶液中C-BisGMA与二氯甲烷的质量体积比为0.2g：100mL-200mL；所述的催化剂为N-羟基琥珀酰亚胺、4-二甲氨基吡啶、1-羟基苯并三唑中的一种，缩水剂为二环己基碳二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种齿科修复树脂用有机/无机杂化填料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的BisGMA的吡啶溶液中BisGMA与吡啶的质量体积比为5-10g：5-15mL；所述的BisGMA与酸酐的吡啶溶液中吡啶的质量体积比为5g：100-150mL。
3.根据权利要求1所述的一种齿科修复树脂用有机/无机杂化填料的制备方法，其特征在于：将步骤（3）得到的齿科修复树脂用有机/无机杂化填料与混合单体、复合引发剂手工预混后，再通过超细三辊研磨机混合均匀，得到未固化树脂膏，最后经可见光固化即得齿科修复树脂；其中，有机/无机杂化填料占齿科修复树脂的重量百分数为50%-85%；混合单体与复合引发剂的重量比为1：0.01；所述的混合单体为双酚A-双甲基丙烯酸缩水甘油酯和双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯，其中双酚A-双甲基丙烯酸缩水甘油酯与双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯的重量比为4-7：6-3；所述的复合引发剂为樟脑醌和4-N,N-二甲基氨基苯甲酸乙酯，其中樟脑醌与4-N,N-二甲基氨基苯甲酸乙酯的重量比为1：3-4。
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