本发明涉及水解稳定、自蚀刻、自打底(self-priming)的牙用粘 合剂组合物。本发明提供了纳米粒子、其制备方法以及无需预先对表 面进行蚀刻或打底涂而能牢固粘合至牙科材料表面的粘合剂组合物， 牙科材料例如牙质、釉质、金属、陶瓷和聚合物材料。

发明详述

本发明提供了一种牙用粘合剂组合物，该组合物包括带有酸性可 聚合的硅氧烷部分的纳米粒子。优选牙用组合物聚合而形成聚合的牙 科材料，其对牙质的粘附力至少是10MPa。

本发明优选的组合物是这样一种牙用粘合剂组合物，它是具有酸 性部分的粒子的含水混合物。这些混合物是pH为1至6、优选2至4 的溶液或分散体。此处所用的酸性部分意指这样的部分，它是酸部分、 酸部分的酯或酸部分的盐。此处所用的包含至少一个酸性部分的化合 物意指含有至少一个酸部分、酸部分的酯或酸部分的盐的化合物。此 处所用的包含酸性部分的化合物意指含有两个或多个酸部分、酸部分 的酯和/或酸部分的盐的化合物。例如包含两个或多个酸部分的化合 物，以及包含酸部分的酯和酸部分的盐的化合物。

在本发明的牙用粘合剂组合物中纳米粒子随后可以进行聚合，借 此形成粒子的交联网络。或者换之，纳米粒子可以与一种或多种可聚 合的单体组分进行共聚合，借此形成单体组分的聚合基体，其中分散 的纳米粒子交联到基体上。按照本发明，将纳米粒子引入单体组分的 聚合基体，从而提供了一种固化的牙用粘合剂组合物，该固化的牙用 粘合剂组合物具有提高的强度和降低的聚合收缩率，与不合纳米粒子 的相同组合物相比，牙用组合物还具有同样的或仅稍稍增大的粘度。

本发明的牙用粘合剂组合物是水解稳定、自蚀刻、自打底的组合 物并且显示出优异的粘合剂性能。本发明组合物包含其量为90至 10wt％的水相。任选地，水相可包括一种或多种有机溶剂。有机溶剂可 以是牙科领域可接受的任何溶剂，该溶剂能够与水混溶。可包含在本 发明组合物的水相中的有机溶剂，其特例选自丙酮、乙醇、异丙醇、 叔丁醇、乙酸乙酯。优选使用极性非质子溶剂或质子溶剂，例如丙酮、 乙醇或叔丁醇。任选的有机溶剂可以是不同溶剂的混合物。

本发明的组合物包括含有酸性部分的可聚合的纳米粒子。纳米粒 子的存在量是组合物的10至90wt％。优选可聚合的纳米粒子以至少 30wt％、更优选至少50wt％的量存在。

含有酸性部分的可聚合的纳米粒子通过使包含一种或多种可水解 性有机硅化合物的混合物发生水解而制得。可水解性有机硅化合物是 这样的化合物，它能够经受缩合反应从而形成含有Si-O-Si-键的聚集 体(aggregate)，借此有机基团(优选可聚合的有机基团)暴露在聚集体 的表面上。

纳米粒子原位生成，优选在进一步包含牙用粘合剂组合物之组分 的含水组分中生成纳米粒子，由此在牙用组合物中不需要分离纳米粒 子或使纳米粒子再分散。而且，无需使剩余的可缩合基团与单官能三 有机基甲硅烷基基团进一步饱和化以避免粒子之间发生缩合，就可以 使用本发明的粒子。因此，本发明方法提供了一种在一步反应(one-pot reaction)中生成的粒子组合物，而无需复杂的、耗能且耗时的反应步 骤。纳米粒子以稳定且均质的方式分散于水相中，由此避免纳米粒子 团聚成聚集体。

可水解性硅氧烷基团在分散体中的水解作用导致生成这样的粒 子，它具有窄的粒径分布和含Si-O-Si-键的清晰结构并且具有外围暴 露的可聚合的有机部分和活性酸性部分。本发明制成的纳米粒子优选 具有1至20纳米的平均粒径，更优选1至5纳米的平均粒径。纳米粒 子的尺度可以通过选择杂化单体(hybrid monomer)组分的类型和用量 以及进一步存在可共水解组分而得以控制。

纳米粒子的平均粒径低于50纳米。优选地，纳米粒子的平均粒径 在1至50纳米的范围内，更优选在1至20纳米的范围内。纳米粒子 优选在粒子的表面上包含酸性部分。而且，纳米粒子包含暴露在粒子 表面上的可聚合基团。

按照本发明，包含酸性部分的可聚合的纳米粒子可以由混合物而 得到，在混合物中包含两部分可水解性有机硅化合物。在第一部分可 水解性有机硅化合物中存在可聚合基团。该部分可包括一种或多种含 有可聚合基团的化合物。可聚合基团优选是含有残基的丙烯酸酯或甲 基丙烯酸酯。

第二部分包含带有一个或多个酸性部分的可水解性有机硅化合 物。酸性部分可以选自磺酸和膦酸衍生物。第二基团(group)可包含一 种或多种有机硅化合物。

混合物可含有或者属于的第一部分(i)或者属于第二部分(ii)或 者属于两部分可水解性有机硅化合物的化合物。具体而言，一种有机 硅化合物可仅含有借此使其属于部分(i)的可聚合基团。或者换之，一 种有机硅化合物可包含借此使其属于部分(ii)的一个或多个酸性部 分。或者换之，一种有机硅化合物可以既含有一个或多个可聚合基团 又含有一个或多个酸性部分，借此使化合物属于部分(i)和(ii)。混合 物还可以进一步含有既不属于部分(i)又不属于部分(ii)的可水解性 化合物。特例是有机硅化合物或金属化合物，该金属化合物选自醇盐 或金属配合物例如金属乙酰丙酮化物，金属选自Ba、Al、La、Ti、Zr、 Tl、In或其它过渡金属元素或者镧系或锕系(actines)元素。

在本发明的具体实施方案中，部分(i)和(ii)包含相同的化合物， 也就是含有一个或多个可聚合基团和一个或多个酸性部分的可水解性 有机硅化合物。优选的化合物是落入下式范围的硅氧烷化合物及其盐：

其中各个R独立是氢、取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷 基基团、取代或未取代的具有2至20个碳原子的链烯基基团、取代或 未取代的具有5至20个碳原子的烷芳基基团、取代或未取代的具有5 至20个碳原子的芳基基团或者取代或未取代的具有5至20个碳原子 的杂芳基基团。此处所用的烷基包括线型、支化(breached)和环状烷 基基团。此处所用的链烯基包括线型、支化(breached)和环状链烯基 基团。

或者，通过有机硅-亚甲基氧代丙烯酸酯与以下膦酸酯或磺酸盐化 合物的共缩合和随后膦酸酯基团的水解或磺酸盐的离子交换可以制得 可聚合的纳米粒子：

其中各个R独立是氢、取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷 基基团、取代或未取代的具有2至20个碳原子的链烯基基团、取代或 未取代的具有5至20个碳原子的烷芳基基团、取代或未取代的具有5 至20个碳原子的芳基基团或者取代或未取代的具有5至20个碳原子 的杂芳基基团。

混合物可以进一步包含不含可聚合基团的可水解性硅氧烷组分， 例如四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、单甲基三乙氧基硅烷、单甲基三 甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或四氯硅烷。 混合物可以进一步含有金属化合物，该金属化合物选自醇盐或金属配 合物，例如金属乙酰丙酮化物，由此金属选自Ba、Al、La、Ti、Zr、 Tl、In或其它过渡金属元素或者镧系或锕系元素。在这类金属化合物 的存在下，水解获得了可水解性硅氧烷化合物与金属化合物的共缩合 产物。使用附加的金属化合物通常将会导致平均粒径增大，由此提高 附加的金属化合物用量将增大粒子的平均粒径。在金属化合物的存在 下进行纳米粒子的共缩合将获得金属化合物主要存在于粒子核部分中 的纳米粒子。

为了提高蚀刻活性，有机酸和/或无机酸(例如衣康酸、马来酸、 磷酸、膦酸和磺酸)可以存在于本发明牙用粘合剂组合物中。优选酸 的总量高达组合物重量的30wt％。

在进一步优选的实施方案中，组合物还包括引发剂、共引发剂和 抑制剂。优选地，引发剂、共引发剂和抑制剂的总存在量为0.01至 5wt％。聚合引发剂可以是热引发剂、氧化还原性引发剂或光引发剂。 优选聚合引发剂和/或光敏剂是一种光引发剂，例如苯偶姻甲基醚、苯 偶酰缩酮、樟脑醌或丙烯酰膦氧化物(acrylphosphinoxide)。或者， 聚合引发剂是一种氧化还原性引发剂，例如过氧化二苯甲酰/芳族或脂 族叔胺、叔丁基过氧化苯甲酸酯/抗坏血酸/金属化合物。

本发明的组合物还可以包含纳米填料。本发明水解稳定的有机硅 系粘合剂可以进一步包括一种或多种不可聚合的纳米填料，该纳米填 料的平均粒径为1至50纳米，以便于提高耐磨性和机械性能。本发明 组合物还可以包含杀菌化合物，例如trichlosane或双氯苯双胍己烷。

本发明的组合物可以是单组份粘合剂组合物或者适于在包装混合 时提供粘合剂组合物的两组份体系。在两组份体系中，引发剂、共引 发剂和抑制剂优选与组合物的可聚合组分分开包装。本发明的组合物 优选提供至少10MPa对牙质的粘附力。

此处所用的亚烃基意指带有一个或多个含-C＝C-基团之部分的化 合物。此处所用“取代的”意指用卤素、羟基和/或胺来置换一个或多 个氢。例如，取代的亚烃基包括带有至少一个卤素、羟基或胺的亚烃 基部分，并且包括带有不止一个卤素、羟基和/或胺的亚烃基部分。此 处所用Cn意指含n个碳原子的部分，其中n是整数。

本发明还涉及可通过含有一种或多种可水解性有机硅化合物之混 合物的水解而得到的纳米粒子，其中

(i)至少一部分可水解性有机硅化合物包含一个或多个可聚合的 基团和

(ii)至少一部分可水解性有机硅化合物包含一个或多个酸性部分。

优选地，部分(i)和(ii)含有相同的化合物。混合物优选包含一种 或多种落入下式范围内的硅氧烷化合物：

其中各个R独立是氢、取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷 基基团、取代或未取代的具有2至20个碳原子的链烯基基团、取代或 未取代的具有5至20个碳原子的烷芳基基团、取代或未取代的具有5 至20个碳原子的芳基基团或者取代或未取代的具有5至20个碳原子 的杂芳基基团。

或者换之，本发明的纳米粒子可通过有机硅-亚甲基氧代丙烯酸酯 与下列膦酸酯或磺酸盐化合物的共缩合以及随后膦酸酯基团的水解或 磺酸盐的离子交换而制得：

其中各个R独立是氢、取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷 基基团、取代或未取代的具有2至20个碳原子的链烯基基团、取代或 未取代的具有5至20个碳原子的烷芳基基团、取代或未取代的具有5 至20个碳原子的芳基基团或者取代或未取代的具有5至20个碳原子 的杂芳基基团。

纳米粒子可以通过混合物的水解而获得，该混合物进一步包含金 属化合物和/或不含可聚合基团的可水解性硅氧烷组分，该金属化合物 选自醇盐或金属配合物例如金属乙酰丙酮化物，由此金属选自Ba、Al、 La、Ti、Zr、Tl、In或其它过渡金属元素或者镧系或锕系元素，不含 可聚合基团的可水解性硅氧烷组分例如四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、 单甲基三乙氧基硅烷、单甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、 二甲基二甲氧基硅烷或四氯硅烷。本发明的纳米粒子优选拥有1至20 纳米的平均粒径，更优选1至5纳米的平均粒径。

本发明的纳米粒子优选用下式来表征：

                       ((X)a(Y)bRSiO1.5)c

其中

X可以相同或不同，它是选自亚甲基氧代丙烯酸酯、丙烯酰胺、丙 烯酸氨基甲酸酯、丙烯酰脲、丙烯酸硫代氨基甲酸酯、丙烯酰硫脲的 可聚合基团；

Y可以相同或不同，它是选自膦酸和磺酸或其盐的酸性部分；

a和b各自独立是1至10的整数；

c是1至1000.000的数值；

以及R是化合价为a+b+1的基团。

优选地，X选自

其中各个R1独立是氢、取代或未取代的具有1至20个碳原子的烷 基基团、取代或未取代的具有2至20个碳原子的链烯基基团、取代或 未取代的具有2至20个碳原子的烯氧基链烯基基团、取代或未取代的 具有5至20个碳原子的烷芳基基团、取代或未取代的具有5至20个 碳原子的芳基基团或者取代或未取代的具有5至20个碳原子的杂芳基 基团。

各个R2独立是氢、单官能取代的或未取代的拥有1至20个碳原子 的烷基基团、取代或未取代的拥有2至20个碳原子的链烯基基团、取 代或未取代的拥有5至20个碳原子的烷芳基基团、取代或未取代的拥 有5至20个碳原子的芳基基团或者取代或未取代的拥有5至20个碳 原子的杂芳基基团。

各个R3独立是氢、取代或未取代的拥有1至20个碳原子的烷基基 团、取代或未取代的拥有2至20个碳原子的链烯基基团、取代或未取 代的拥有2至20个碳原子的烯氧基链烯基基团、取代或未取代的拥有 5至20个碳原子的烷芳基基团、取代或未取代的拥有5至20个碳原 子的芳基基团或者取代或未取代的拥有5至20个碳原子的杂芳基基 团。

本发明还涉及一种制备纳米粒子的方法，该方法包括在酸或碱和 氟化物离子源的存在下包含一种或多种可水解性有机硅化合物的混合 物进行水解的步骤，其中

(i)至少一部分可水解性有机硅化合物包含一个或多个可聚合基 团并且其中

(ii)至少一部分可水解性有机硅化合物包含一个或多个酸性部 分。

优选地，氟化物离子源是氟化铵。

本发明还涉及落入下式范围内的硅氧烷化合物及其盐：

其中各个R独立是氢、单官能取代的或未取代的拥有1至20个碳 原子的烷基基团、取代或未取代的拥有2至20个碳原子的链烯基基团、 取代或未取代的拥有5至20个碳原子的烷芳基基团、取代或未取代的 拥有5至20个碳原子的芳基基团或者取代或未取代的拥有5至20个 碳原子的杂芳基基团。

本发明的硅氧烷化合物可以用于制备纳米粒子。纳米粒子可以用 于制备牙用组合物。优选地，牙用组合物是水解稳定的、自蚀刻的、 自打底的牙用粘合剂组合物。

具体实例表明，在不含可聚合基团的其它可水解性硅氧烷组分的 存在下形成纳米粒子，不含可聚合基团的其它可水解性硅氧烷组分例 如四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、单甲基三乙氧基硅烷、单甲基三甲 氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷或四氯硅烷。 使用附加的硅烷化合物通常将会导致平均粒径增大，由此，提高附加 的硅烷化合物的用量将会增大粒子的平均粒径。在硅烷化合物的存在 下进行纳米粒子的共缩合将获得硅烷化合物主要存在于粒子核部分中 的纳米粒子。

本发明由以下实施例解释。

实施例1

聚[N-(乙基膦酸)-N-甲基丙烯酰氨基-丙基]硅氧烷的制备

N-(膦酸二乙基乙酯)-氨基丙基三乙氧基硅烷

在冰冷却和搅拌的条件下向20.000g(0.122mol)3-氨基丙基三 乙氧基硅烷中缓慢加入26.973g(0.122mol)乙烯基膦酸二乙酯，如 此使得温度不会升高到80℃以上。随后，混合物在60℃下搅拌一天。 所得产物可溶于诸如水、甲醇、氯仿、DMF和THF之类的溶剂中。

产量：46.97g(100％ of th.)

(C15H36NO6PSi)，385.51

13C-NMR：59.6(8)，59.5(3)，56.5(6)，56.4(7)，50.5(5)， 41.5(2)，16.6(9)，14.8/14.7(4)，6.3(1)ppm

其中所示编号规律(1、2、3、4、5、6、7、8和9)用于给上述C-NMR 数据定位，但是在别的方面可以忽略不计。

N-(膦酸二乙基乙酯)-N-甲基丙烯酰氨基-丙基三乙氧基硅烷

在一个3-颈250-ml烧瓶内，将38.699g(0.100mol)N-(膦酸二 乙基乙酯)-氨基丙基三乙氧基硅烷溶解于100ml二氯甲烷中。该3-颈 250-ml烧瓶已经配备有一个磁搅拌器、一个温度计和一个50ml滴液 漏斗。冷却至0-5℃后，将溶解于50ml二氯甲烷中的11.710g(0.105 mol)甲基丙烯酰基异氰酸酯加入到该3-颈250-ml烧瓶中，同时搅拌 1.5小时，如此使得温度保持在0-10℃。然后反应混合物在23℃下 搅拌过夜。其后，将混合物用100ml水萃取两次，在NaSO4上干燥， 过滤，并且向溶液中加入0.050g 2，6-二-叔丁基-对-甲酚。在40℃ 下真空除去二氯甲烷并且干燥产物。

产物可溶解于甲醇、CHCl3和丙酮中。

产物产量：41.6g(83.4％理论值)

23℃＝5.711±0.139Pa*s

(C20H41O8N2PSi)，496.61

IR：3228(NH)，1714(CO)，1634(C＝C)，1481(CH2)cm-1

13C-NMR：167.3(11)，152.5(10)，139.4/139.5(12)， 121.2/120.6(13)，61.3(8)，57.9(2)，45.9(5)，41.4(6)，24.8 (7)，22.6(7)，20.2(3)，18.0(14)，17.7(9)，15.8(4)，6.9(1) 产物的结构式如下：

其中所示编号规律(1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、 13和14)用于给上述C-NMR数据定位，但是在别的方面可以忽略不计。

聚[N-(膦酸二乙基乙酯)-N-甲基丙烯酰氨基-丙基]硅氧烷

在搅拌下向溶解于100ml丙酮中的45.200g(0.091mol)N-(膦 酸二乙基乙酯)-N-甲基丙烯酰氨基-丙基三乙氧基硅烷中加入5.079g 由4.915(0.273mol)水和0.164g(0.008mol)HF构成的HF溶液。 反应混合物在环境温度下搅拌另外的20小时。然后真空除去溶剂和乙 醇，纳米粒子在40℃下和8mbar的条件下干燥。纳米粒子可溶解于 甲醇、氯仿和丙酮中。

产量：32.0g(91.2％ of th.)

平均粒径：3.2纳米

C14H26N2O6.5PSi，385.43

IR：3228(NH)，1714(CO)，1634(C＝C)，1481(CH2)cm-1

聚[N-(乙基膦酸)-N-甲基丙烯酰氨基-丙基]硅氧烷

在一个装备有搅拌器、温度计、带有CaCl2-干燥管的回流器和50ml 滴液漏斗的4-颈1-升-烧瓶内，将32.000g(0.083mol)聚[N-(膦酸 二乙基乙酯)-N-甲基丙烯酰氨基-丙基]硅氧烷溶解在100ml二氯甲烷 中。然后搅拌的同时在20分钟时间内逐滴加入13.982g(0.091mol) 三甲基溴硅烷。其后反应混合物搅拌另外的2小时。通过加入100ml 甲醇使膦酸甲硅烷基酯发生水解。除去溶剂之前加入0.032g(0.145 mol)BHT，产物在40℃下真空干燥。纳米粒子可溶于甲醇、乙醇中并 且可溶于由50wt％乙醇和50wt％水形成的pH值为1.5的溶液中。

产量：29.0g(98.3％ of th.)

(C10H18N2O6.5PSi)n，(329.32)n

IR：3228(NH)，1714(CO)，1634(C＝C)，1481(CH2)cm-1

13C-NMR：169.1(11)，153.0(10)，140.4(12)，123.1(13)，62.4 (7)，42.7(5)，39.5(6)，18.2(14)，16.5(4)，14.3(3)

聚[N-(乙基膦酸)-N-甲基丙烯酰氨基-丙基]硅氧烷的结构通式如 下：

其中n是大于1的整数，3/2意指存在2个或3个氧原子。

应用实施例1(牙用粘合剂)

向洁净的带有橡胶托的牙质牙齿表面涂布几滴由0.5g聚[N-(乙 基膦酸)-N-甲基丙烯酰氨基-丙基]硅氧烷溶解于2ml乙醇/水-混合物 (1∶1重量比)中形成的溶液。所涂布的液滴保持20秒。然后利用牙科 注射器吹出的空气轻轻吹扫至少5秒以便除去溶剂，并且通过光固化 聚合10秒从而形成光固化的聚合层。其后，将由Dentsply International Inc.出售的光谱光可固化性复合恢复药剂施加在聚合 层上并且使其光固化。在37℃下储存24小时后，测得复合恢复药剂 对牙质的粘附力为10MPa。

应当理解，虽然本发明已经描述了相当多关于其某些具体实施方 案的细节，但是不应认为本发明受到这些实施方案的限制，本发明可 以用在不背离本发明的精神和所附权利要求的范围的其他方面。