树脂基复合材料和修补材料一般具有非常高的粘结强度，因此被 广泛地用于牙科。树脂基复合粘固粉主要用于粘合美学用品如贴面、 嵌体、高嵌体、人造冠和齿桥。树脂粘固粉通常提供优异的物理性能 如高压缩强度和拉伸强度和低耐磨性，并经常用于粘合难于直接粘合 的情况如不平行或短牙冠预制件。另一类重要的可固化牙科材料是水 基树脂改性的离子化可硬化粘固粉。不管是树脂粘固粉还是树脂改性 的离子化可硬化粘固粉都具有多种颜色。在使用粘固粉之前，经常使 粘固粉颜色与牙齿颜色相配。然而，随着时间的变化，树脂粘固粉或 树脂改性的粘固粉的颜色能够变化。随着粘固粉颜色变化，美学用品 的存在变得更加明显，这是美学上不可接受的。这种组合物中的某些 添加剂能够提高颜色稳定性，然而提高颜色稳定性的这些有用添加剂 能够增加这些组合物的潜在毒性和/或麻醉性能。因此，需要一种医学 上更可接受的组合物。
发明概述
本发明提供了可硬化(例如通过聚合、交联、离子或其它化学反 应可固化)组合物，它包括在氧化还原聚合反应中作为还原剂的可聚 合脲或硫脲化合物。这种组合物是有利的，因为它们能够降低来自脲 或硫脲化合物(例如巴比土酸和5-烷基巴比土酸)衍生物的潜在毒性 或麻醉性能，这种降低是由于可聚合脲或硫脲化合物在聚合过程中结 合到聚合物基质上。可硬化组合物能够用于多种应用中，典型地用于 牙科，并且不需要使用固化光。另外，如果当可硬化组合物中存在光 敏引发剂而需要时，可以使用牙科固化光。
在一个实施方案中，本发明是一种可硬化组合物，其包括：一种 包括酸官能组分和烯键式不饱和组分的可硬化树脂体系；一种包括下 式官能团的可聚合还原剂：

其中，X是O或S；和一种氧化剂。对于优选的实施方案，组合 物还包括第二还原剂。
酸官能组分可以是单体、低聚物、聚合物或它们的组合形式。类 似地，烯键式不饱和组分也可以是单体、低聚物、聚合物或它们的组 合形式。酸官能组分和烯键式不饱和组分可以是相同组分。也就是说， 可以使用既具有酸官能度又具有烯键式不饱和度的一种化合物。另一 种情况是，烯键式不饱和组分与酸官能组分不同。
在另一实施方案中，本发明是一种可硬化组合物，其包括：一种 包括烯键式不饱和组分的可硬化树脂体系；一种包括下式官能团的可 聚合还原剂：

其中，X是O或S；第二还原剂；和一种氧化剂。
在另一实施方案中，本发明是一种可硬化组合物，其包括：一种 包括烯键式不饱和组分的可硬化树脂体系；一种包括下式官能团的可 聚合还原剂：

其中，X是O或S；和一种不含有过氧化物的氧化剂。
在另一实施方案中，本发明是一种可硬化组合物，其包括：一种 包括烯键式不饱和组分的可硬化树脂体系；下式的可聚合还原剂：

和一种氧化剂。这种还原剂还用作一种新组合物。对于优选的实 施方案，组合物还包括第二还原剂。
在另一实施方案中，本发明是一种可硬化组合物，其包括：一种 包括酸官能组分和烯键式不饱和组分的可硬化树脂体系；一种酸反应 性填料；一种包括下式官能团的可聚合还原剂：

其中，X是O或S；任选的第二还原剂；和一种氧化剂。
在另一实施方案中，本发明是一种可硬化组合物，其包括：一种 包括酸官能组分和烯键式不饱和组分的可硬化树脂体系；一种酸反应 性填料；一种包括下式官能团的可聚合还原剂：

其中，X是O或S；任选的第二还原剂；和一种氧化剂。
对于包括第二还原剂的实施方案，它优选地是胺。以可硬化组合 物总重量计，第二还原剂含量优选为约0.01wt％至约5.0wt％。
对于可聚合还原剂中X是氧(O)的实施方案，可聚合还原剂包括 一种或多种脲基。这种可聚合还原剂的实例包括5-丙烯酰氧基烷基巴 比土酸、5-烯丙基5-异丙基巴比土酸、5-乙基5-巴豆基巴比土酸、和 它们的混合物。
对于可聚合还原剂中X是硫(S)的实施方案，可聚合还原剂包括 一种或多种脲基。这种可聚合还原剂的实例包括1-烯丙基硫脲、1，1- 二烯丙基硫脲、1，3-二烯丙基硫脲、1-烯丙基-3-(2-羟乙基)-2-硫脲、(甲 基)丙烯酰氧基烷基硫脲、1-烯丙基-3-甲基硫脲、和它们的混合物。
优选地，氧化剂选自过硫酸和其盐、过氧化物、过氧化氢、过渡 金属盐、过硼酸和其盐、高锰酸和其盐、过磷酸和其盐、和它们的混 合物。如果使用不含有过氧化物的氧化剂，它优先选自过硫酸和其盐、 过氧化物、过渡金属盐、过硼酸和其盐、高锰酸和其盐、过磷酸和其 盐、和它们的混合物。
优选地，酸反应性填料是细碎的。优选地，酸反应性填料包括金 属氧化物、金属盐、玻璃、或它们的混合物。更优选地，酸反应性填 料包括氟铝硅酸盐玻璃。对于某些实施方案，组合物可以包括非反应 性填料。
本发明还提供了试剂盒，它包括一个或多个容器，其内容物集中 包括本发明所述可硬化组合物。
本发明还提供了本文所述可硬化组合物的制备和使用方法。例 如，本发明的可硬化组合物可以用于将牙科制品(例如人造冠、齿桥、 口腔正畸应用)粘固(口腔内或口腔外)到牙齿或骨头上的方法，以 及填充牙齿的方法。
优选地，可硬化组合物包括玻璃离聚物组合物，它包括粉末、液 体、或糊剂的任意组合的两份或多份。可硬化组合物可以是水基的， 因此能够在潮湿条件下如口腔中典型存在的条件下使用。
优选实施方案详述
本发明组合物包括可硬化树脂体系，含有脲或硫脲和它们的衍生 物的可聚合还原剂，和氧化剂。优选地，该组合物包括可以聚合或者 不可以聚合的第二还原剂。所选择的还原剂和氧化剂要使它们在组合 物中可混合，优选地使它们在水中也可混合。
树脂体系典型地包括如下所述的一种或多种烯键式不饱和单体、 低聚物或聚合物。树脂体系还可包括如下所述的一种或多种酸官能单 体、低聚物或聚合物。另外，可聚合还原剂也可包括如下所述的可聚 合单体、低聚物或聚合物。
可硬化组合物可以用于多种应用，包括医学和牙科应用，尤其是 牙科应用。当用于牙科应用如牙粘合剂、牙粘固粉和牙复合材料时， 可硬化(典型地是可固化)组合物可以直接结合到牙釉质和/或牙本质 上。另外，在使用可硬化组合物的牙釉质和/或牙本质上可以使用一种 底漆层。
本发明组合物可以通过发生多种反应中的一种或多种而硬化。至 少一种硬化机理涉及氧化还原反应。如果存在光敏引发剂，那么氧化 还原机理可以用光固化机理补充。另外或附加地，氧化还原机理可以 用离子固化机理补充。这里表示，组合物包含多种组分，当将它们混 合时，它们能够通过离子反应生成硬化物质。
树脂体系
树脂体系的组分要选择为，使它们可以与可硬化组合物的其它组 分混合。也就是说，树脂体系的组分优选地至少可以充分溶混，以使 得当它们与组合物的其它组分(如还原剂和氧化剂)混合时，不出现 大量沉降。优选地，树脂体系的组分与水溶混。树脂体系的组分可以 是单体、低聚物、聚合物或它们的组合。
本发明可硬化组合物的树脂体系典型地包括烯键式不饱和组分。 优选地，本发明可硬化组合物的树脂体系还包括酸官能组分。烯键式 不饱和组分可以以独立成分存在，或者如果需要，烯键式不饱和组分 可以作为另一种化合物如酸官能组分的一部分存在。此时，一种化合 物可以包括酸官能部分和烯键式不饱和部分。
在一个实施方案中，烯键式不饱和组分包括α，β-不饱和化合物。 优选的α，β-不饱和化合物可以提供改变了的性能如韧性、粘合性、凝 固时间等。当使用α，β-不饱和化合物时，它们优选是水溶性的、水混 溶性的或水分散性的。水溶性、水混溶性或水分散性的(甲基)丙烯酸 酯(即丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)、(甲基)丙烯酰胺(即丙烯酰胺和甲 基丙烯酰胺)和聚氨酯(甲基)丙烯酸酯是优选的。其实例包括但不限 于甲基丙烯酸2-羟乙酯、甲基丙烯酸2-羟丙酯、甲基丙烯酸四氢化糠 酯、甘油单甲基丙烯酸酯或甘油二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲 基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二 GMA、乙氧化双酚A二丙烯酸酯、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯、 聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、亚甲基二丙烯 酰胺、亚甲基二甲基丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、双丙酮甲基丙烯酰 胺。合适的烯键式不饱和化合物还可以从多个供应商得到，如Sigma- Aldrich，St.Louis，MO and Rhom and Tech，Inc.，Darmstadt，Germany。 如果需要，也可以使用α，β-不饱和化合物的混合物。
本发明优选的组合物包括足量的烯键式不饱和组分，来提供所需 的凝固或硬化速率和硬化后所需的全部性能。优选地，以可硬化(混 合但没有凝固)组合物的总重量(包括水)计，本发明的混合但没有 凝固的可硬化组合物包含至少约1wt％、更优选至少约5wt％、最优选 至少约10wt％的烯键式不饱和组分。
酸官能组分可以包括单体、低聚物或聚合物，并且可以包括碳、 磷、硫和硼化合物的含氧酸官能衍生物。合适的酸官能衍生物包括美 国专利4,209,434(Wilson等人)第2栏第62行至第3栏第6行中列出 的那些。优选的酸官能化合物是链烯酸的聚合物，包括均聚物和共聚 物(即两种或多种不同单体的共聚物)，所述链烯酸如丙烯酸、2-氯丙 烯酸、2-氰基丙烯酸、乌头酸、柠康酸、富马酸、戊烯二酸、衣康酸、 马来酸、中康酸、甲基丙烯酸和惕各酸。如果需要，可以使用酸官能 化合物的混合物。
本领域技术人员应当意识到，酸官能组分应当具有足以提供好的 储存、处理和混合性能的分子量。根据凝胶渗透色谱和聚苯乙烯作标 准物测试的重均分子量，酸官能组分的优选分子量为约60至约 100,000，最优选约80至约30,000。
本发明的优选组合物包括足量的酸官能组分来提供所需的凝固特 性和硬化后所需的全部性能。优选地，以可硬化(混合但没有凝固) 组合物的总重量(包括水)计，本发明的混合但没有凝固的可硬化组 合物包含至少约2wt％，更优选至少约5wt％，最优选至少约10wt％的 酸官能组分。
如上所述，在另一实施方案中，烯键式不饱和组分可以作为酸官 能组分的一部分存在。例如，α，β-不饱和酸化合物如甘油磷酸酯单甲 基丙烯酸酯、甘油磷酸酯二甲基丙烯酸酯、羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸 酯、柠檬酸二甲基丙烯酸酯或柠檬酸三甲基丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯 酸酯化的低聚马来酸、聚(甲基)丙烯酸酯化的聚马来酸、聚(甲基)丙烯 酸酯化的聚(甲基)丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸酯化的多羧基多膦酸、聚(甲 基)丙烯酸酯化的多氯代磷酸、聚(甲基)丙烯酸酯化的聚磺酸酯、聚(甲 基)丙烯酸酯化的聚硼酸等可以用作可硬化树脂体系中的组分。这种既 含有酸官能组分又含有烯键式不饱和组分的其它化合物描述在美国专 利4,872,936(Engelbrecht)和5,130,347(Mitra)中。可以使用含有烯键式 不饱和部分和酸部分的多种这样的化合物。如果需要，可以使用这种 化合物的混合物。
填料
本发明的可硬化组合物还含有填料。填料可以选自大量适合混入 用于医学或牙科应用的组合物中的物质中的一种或多种，如目前用于 补牙组合物等中的填料。填料优选是细碎的。填料可以具有单峰或多 峰(例如双峰)的粒度分布。优选地，填料的最大粒度(粒子的最大 维度，一般是直径)小于约10微米，更优选小于约2.0微米。优选地， 填料的平均粒度小于约3.0微米，更优选小于约0.6微米。
填料可以是无机物。它也可以是不溶于树脂体系的交联有机物， 任选用无机填料填充。任何时候这种填料都应当是无毒的并适合用于 口腔中。填料可以是不透射线的或可透射线的。
合适的无机填料的实例是天然存在的或合成的物质，其包括但不 限于：石英；氮化物(如氮化硅)；由如Ce、Sb、Sn、Ba、Zn和Al得到的玻璃；长石；硼硅酸玻璃；高岭土；滑石；二氧化钛；低莫氏 硬度填料如美国专利4,695,251(Randklev)中所述那些；和胶态的和亚 微米的二氧化硅粒子(例如，热解法二氧化硅如商标命名为AEROSIL 的那些，包括来自Degussa Corp.，Akron，OH的″OX 50″、″130″、″150″ 和″200″硅石和来自Cabot Corp.，Tuscola，IL的CAB-O-SIL M5硅石)。 合适的有机填料粒子的实例包括填充的或未填充的粉碎聚碳酸酯、聚 环氧化物等。
优选的非酸反应性填料粒子是石英、亚微米硅石和美国专利 4,503,169(Randklev)所述类型的非玻璃微粒。这些非酸反应性填料的 混合物以及由有机物和无机物制成的组合填料也被考虑了。
为了提高填料与树脂之间的结合，也可以用偶联剂处理填料粒子 表面。所使用的合适偶联剂包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、 γ-巯基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷等。
填料还可以是酸反应性填料。酸反应性填料一般与酸官能树脂组 分混合使用，可以与也可以不与非反应性填料混合使用。如果需要， 酸反应性填料还可以具有释放氟的性能。合适的酸反应性填料包括金 属氧化物、金属盐和玻璃。优选的金属氧化物包括氧化钡、氧化钙、 氧化镁和氧化锌。优选的金属盐包括多价金属阳离子的盐如乙酸铝、 氯化铝、氯化钙、氯化镁、氯化锌、硝酸铝、硝酸钡、硝酸钙、硝酸 镁、硝酸锶和氟硼酸钙。
优选的玻璃包括硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃和氟铝硅酸盐(“FAS”) 玻璃。FAS玻璃是特别优选的。FAS玻璃优选含有充足的可洗脱出的 阳离子，使得当玻璃与可硬化组合物的组分混合时，能够形成硬化的 牙科组合物。玻璃还优选含有足够能够洗脱出的氟离子，以使硬化的 组合物具有止龋性。利用对FAS玻璃制造领域技术人员熟悉的技术， 由含有氟化物、氧化铝和其它形成玻璃的成分的熔体制成玻璃。优选 地，FAS玻璃是充分细碎的粒子形式，这样它们可以方便地与其它粘 固粉组分混合，并且当所得混合物用于口腔中时效果良好。优选地， 使用例如沉降分析仪测定的FAS玻璃的平均粒度(一般是直径)为至 少约0.2微米，更优选至少约1微米。优选地，FAS玻璃的平均粒度 (一般是直径)不超过约10微米，更优选不超过约5微米。合适的FAS 玻璃对于本领于技术人员来说是熟悉的，并且可以从多个供应商得 到，并且许多见于目前可得到的玻璃离聚物粘固粉如以商品名 VITREMER，VITREBOND，RELY X LUTING CEMENT和KETAC-FIL (3M ESPE Dental Products，St.Paul，MN)，FUJI II，GC FUJI LC和FUJI IX(G-C Dental Industrial Corp.，Tokyo，Japan)以及CHEMFIL Superior(Dentsply International，York，PA)市售的那些。如果需要，可以 使用填料的混合物。
可以任选地对FAS玻璃进行表面处理。合适的表面处理包括但 不限于酸洗(如用磷酸处理)，用磷酸酯处理，用螯合剂如酒石酸处 理，和用硅烷或酸性或碱性硅醇溶液处理。理想地，调节处理溶液或 被处理玻璃的pH值为中性或接近中性，因为这可以增加可硬化组合 物的储存稳定性。
在某些组合物中，可以以相同份或者以不同份使用酸反应性和非 酸反应性填料的混合物。
填料的用量要足以使可硬化组合物在硬化之前具有理想的混合和 加工性能，以及在硬化之后具有良好的性能。优选地，填料占可硬化 组合物组分总重量(包括水)的不超过约90wt％，更优选不超过约 85wt％，最优选不超过约80％。优选地，填料占可硬化组合物组分总 重量(包括水)的至少约1wt％，更优选至少约5wt％，最优选至少约 30％。
氧化还原引发剂
为方便起见，将还原剂和氧化剂一起讨论。它们应当相互反应或 相互作用以得到能够引发树脂体系(如烯键式不饱和组分)聚合的自 由基。这类固化是一种黑暗反应，也就是说不取决于光的存在并且能 够在没有光存在的情况下进行。还原剂和氧化剂优选有充分的架藏稳 定性，并且不会出现不利的变色，以允许在典型的牙齿条件下储存和 使用。它们应当能够与树脂体系充分混溶(并且优选地为水溶性)， 使之易于溶解在可硬化组合物的其它组分中(并阻止与其它组分分 离)。优选地，本发明还原剂在室温下的水溶性为至少约2wt％。
本发明的还原剂包括可聚合的还原剂和任选的可以聚合或不可以 聚合的第二还原剂。这些还原剂可以是单体、低聚物或聚合物形式。 可聚合的还原剂包括下述结构的基团：

其中X是氧(O)或硫(S)。当X是O时，还原剂包括脲基。 另外，当X是S时，还原剂包括硫脲基。在氧化-还原聚合反应中， 脲和硫脲作为还原剂是已知的。另外，脲和硫脲的衍生物也可以用作 可聚合还原剂。如果需要，可以使用这些可聚合还原剂的多种组合。
脲化合物包括，例如巴比土酸的衍生物如5-丙烯酰氧基烷基巴比 土酸、5-烯丙基5-异丙基巴比土酸、和5-乙基5-巴豆基巴比土酸。
优选地，可聚合还原剂包括烯丙基硫脲基，这是因为该基团是酸 稳定的，并防止了用含胺还原剂或用抗坏血酸经常遇到的显色。包括 烯丙基硫脲基的优选可聚合还原剂包括(甲基)丙烯酰氧基烷基硫脲、1- 烯丙基硫脲、1，1-二烯丙基硫脲、1，3-二烯丙基硫脲、1-烯丙基-3-(2-羟 乙基)-2-硫脲、和1-烯丙基-3-甲基硫脲。包括烯丙基硫脲基的最优选 可聚合还原剂如下式所示：

第二还原剂是可聚合的或不可聚合的。优选的第二还原剂包括抗 坏血酸，抗坏血酸衍生物，和如美国专利5,501,727(Wang等人)所述 的金属络合的抗坏血酸化合物；胺，特别是叔胺如4-叔丁基二甲基苯 胺；芳族锍盐如对甲苯锍盐和苯锍盐；硫脲如1-乙基-2-硫脲、四乙基 硫脲、四甲基硫脲、1，1-二丁基硫脲和1，3-二丁基硫脲；和它们的混 合物。其它第二还原剂包括氯化钴(II)、氯化亚铁、硫酸亚铁、肼、羟 基胺(取决于氧化剂的选择)、草酸、连二亚硫酸或亚硫酸阴离子的 盐、和它们的混合物。优选地，第二还原剂是胺。
典型地，利用可聚合脲或硫脲还原剂和第二还原剂，能够实现显 著的优点。这种组合对于可硬化和已硬化的组合物的色泽稳定性、已 硬化组合物的毒性和可硬化组合物的反应时间(“快速凝固”)，以及 可硬化组合物的架藏稳定性都提供了性能的平衡。合适的氧化剂对本 领域技术人员来说也是熟悉的，包括但不限于过硫酸及其盐如钠盐、 钾盐、铵盐、铯盐和烷基铵盐。其它氧化剂包括过氧化物如过氧化苯 甲酰，过氧化氢如枯基过氧化氢、叔丁基过氧化氢、过氧化钠、过氧 化氢和戊基过氧化氢，以及过渡金属盐如氯化钴(II)和氯化亚铁、硫酸 铈(IV)，硼酸及其盐，高锰酸及其盐，过磷酸及其盐，和它们的混合 物。
利用一种以上氧化剂或一种以上还原剂是有利的。也可以加入少 量过渡金属化合物来促进氧化还原固化速率。
还原剂和氧化剂的含量要足以得到合适的自由基反应速率。这可 以通过下述方法来评价：将除了任选的填料之外的可硬化组合物的所 有成分混合，观察是否得到了硬化物质。
优选地，以可硬化组合物组分的总重量(包括水)计，可聚合还 原剂的含量为至少约0.01wt％，更优选至少约0.1wt％。优选地，以可 硬化组合物组分的总重量(包括水)计，可聚合还原剂的含量不超过 约10wt％，更优选不超过约5wt％。
优选地，以可硬化组合物组分的总重量(包括水)计，任选的第 二还原剂的含量为至少约0.01wt％，更优选至少约0.05wt％。优选地， 以可硬化组合物组分的总重量(包括水)计，任选的第二还原剂的含 量不超过约10wt％，更优选不超过约5wt％。
优选地，以可硬化组合物组分的总重量(包括水)计，氧化剂的 含量为至少约0.01wt％，更优选至少约0.10wt％。优选地，以可硬化 组合物组分的总重量(包括水)计，氧化剂的含量不超过约10wt％， 更优选不超过约5wt％。
还原剂或氧化剂可以如美国专利5,154,762(Mitra等人)所述进行 微囊化。这通常提高了可硬化组合物的架藏稳定性，并且如果需要， 允许将还原剂和氧化剂包装在一起。例如，通过适当选择包封剂，氧 化剂和还原剂能够与酸官能组分和任选的填料混合，并保持存放稳定 的状态。类似地，通过合适选择水不溶性包封剂，还原剂和氧化剂可 以与FAS玻璃和水混合并保持存放稳定的状态。
优选地，包封剂是药学可接受的聚合物和好的成膜剂。还有，包 封剂的玻璃化转变温度(Tg)高于室温。
光敏引发剂
可硬化组合物中也可以加入光敏引发剂，但不是必须的。当暴露 于合适的波长和强度的光线时，光敏引发剂能够促进烯键式不饱和组 分的自由基交联。光敏引发剂也优选具有充分的架藏稳定性，并且不 发生不利的显色，以允许在典型的牙齿条件下存在和使用。可见光光 敏引发剂是优选的。光敏引发剂优选与树脂体系可溶混，更优选是水 溶性的或水混溶性的。含有极性基团的光敏引发剂通常具有足够的水 溶解度或水混溶度。光敏引发剂常常可以单独使用，但是典型地是与 合适的给体化合物或合适的促进剂(如胺、过氧化物、磷化物、酮和 α-二酮化合物)组合使用。
对于本领域技术人员来说，合适的可见光诱导的和紫外光诱导的 引发剂是熟悉的。优选的可见光诱导的引发剂包括樟脑醌、二芳基碘 鎓的简单盐或金属络合盐、生色团取代的卤甲基-s-三嗪和卤甲基噁二 唑。特别优选的可见光诱导的光敏引发剂包括α-二酮如樟脑醌和二芳 基碘鎓盐如二苯基氯化碘鎓、二苯基溴化碘鎓、二苯基碘化碘鎓或六 氟磷酸酯的组合。优选的紫外光诱导的聚合引发剂包括任选可聚合的 胺。
如果被使用，光敏引发剂的含量要足以提供所需的光聚合化速 率。其用量部分取决于光源、暴露于辐射能的组合物层的厚度和光敏 引发剂的消光系数。
优选地，以可硬化(混合但未凝固)组合物组分的总重量(包括 水)计，本发明的混合但未凝固的可光固化组合物包括至少约 0.01wt％，更优选至少约0.1wt％的光引发剂。优选地，以可硬化(混 合但未凝固)组合物组分的总重量(包括水)计，混合但未凝固的本 发明可光固化组合物包括不超过约5wt％，更优选不超过约2wt％的光 引发剂。
任选的添加剂
本发明组合物优选含有水，特别是当包括酸官能组分时。水可以 是出售时就存在于产品中，或者由牙医在使用前才加入，或者是由于 与口腔中的水接触而包括。水可以是蒸馏水、去离子水或普通自来水。 通常，优选去离子水。
水的含量应当足以提供合适的处理和混合性能，并允许传递在填 料-酸反应中的离子。优选地，以用于形成组合物的组分的总重量计， 水的含量为至少约2wt％，更优选至少约5wt％。优选地，以用于形成 组合物的组分的总重量计，水的含量不超过约90wt％，更优选不超过 约80wt％。任选地，可硬化组合物还含有溶剂(如醇类)或稀释剂。
如果需要，本发明的可硬化组合物可以含有助剂如颜料、阻聚剂、 促进剂、粘度调节剂、表面活性剂和其它成分，它们对于本领域技术 人员来说是显而易见的。
组合物的制备和应用
不管是在凝固反应过程中还是在组合物硬化后，调整本发明组合 物以在可硬化组合物中提供性能的适当平衡。这些性能包括颜色稳定 性、毒性和固化组合物的反应时间(“快速凝固”)，以及可硬化组合 物组分的架藏稳定性。例如，对于牙科应用来说，可硬化组合物优选 具有低于或等于约2分钟的快速凝固。组合物的整个工作时间或凝固 时间(即可硬化树脂在类似于口腔空洞内的湿度和温度条件下，由液 体或糊剂状态固化为固体物质的时间)优选低于约6分钟，更优选低 于约4分钟。
本发明的可固化组合物可以以多种形式提供，所述形式包括两份 粉末/液体、糊剂/液体和糊剂/糊剂体系。还可以是利用多份组合(即 两份或多份的组合)的其它形式，其中每一份是粉末、液体、凝胶或 糊剂形式。在多份体系中，一份典型地包含还原剂，第二份典型地包 含氧化剂。因此，如果可聚合还原剂存在于体系的一份中时，那么氧 化剂一般存在于体系的第二份中。然而，可聚合还原剂和氧化剂可以 通过使用微囊化技术而混合于体系的同一份中。
可固化组合物的组分可以包括在试剂盒中，其中组合物的内容物 按照下述方式包装，以将组分存放到需要使用它们为止。
当用作牙科组合物时，利用常规技术混合并临床应用可硬化组合 物的组分。不需要固化光(除非组合物中已包括光敏引发剂)。组合 物对牙釉质和/或牙本质提供非常良好的粘结性，而不需要硬组织预处 理。或者，可以在使用可硬化组合物的牙组织上使用底漆层。该组合 物还可以提供非常好的长期氟释放性。因此，本发明组合物可以提供 玻璃离聚物粘固粉(可以大量固化而不需要应用光或其它外部固化能 量)，不需要预处理，具有改善的物料性质如提高的弯曲强度，以及 用于防止龋齿的高氟释放性。
本发明组合物特别地适合被改造用作多种牙科材料，该材料可以 是填充的或未填充的。它们可以用于密封剂或粘合剂，所述密封剂或 粘合剂是被置于牙齿附近后(即将牙科材料临时或永久地与牙齿粘合 或接触)固化的轻度填充复合材料或未填充组合物。它们可以用于复 合材料，所述复合材料典型地为被填充的组合物。它们也可以用于修 补材料，该修补材料是当置于牙齿附近后聚合的复合材料。它们还可 以用于假体，所述假体是在被置于牙齿附近之前，为最终应用(如人 造冠、牙桥、贴面、嵌体、高嵌体等)而成形和聚合的复合材料。这 种预成形制品可以被磨或者由牙医或其它用户形成适合顾客的形状。
该组合物在临床中有特殊应用，其中难以实现常规光固化粘固粉 的固化。这种应用包括但不限于深度修复、大牙冠成形、牙内修复、 口腔正畸支托的粘结(包括预涂层的支托，其中例如糊剂部分可以预施 用到支托上，随后将液体部分刷在牙齿上)、带环、颊面管和其它装置、 将金属牙冠或其它不透光修复装置密封至牙齿上，和口腔中难触及部 分的其它修复应用。
对于优选实施方案来说，在FAS玻璃和酸性聚合物之间的离子 硬化反应，加上单独的氧化还原固化黑暗反应的组合从根本上促进了 均匀固化并保持了良好的临床性能。因此，本发明组合物表现出作为 多用修补剂的良好前景。
本发明的目的和优点将通过下面的实施例进一步说明，但是这些 实施例中引用的具体物质和含量以及其它条件和细节不应解释为对本 发明的限定。除非另作说明，所有的份数和百分比都是按重量计，所 有的水都是去离子水。
实施例
缩写
AA:ITA是根据美国专利5,130,347(Mitra)的实施例3，由4∶1摩 尔比的丙烯酸∶衣康酸制成的共聚物，Mw(平均)＝106,000；多分散 性ρ＝4.64。
AA:IA:IEM是根据美国专利5,130,347的实施例11的干聚合物 制备方法，使AA:ITA共聚物与足量的甲基丙烯酸2-异氰酸乙酯反 应，使共聚物的16mol％酸基转变为侧链甲基丙烯酸酯基制成的。
AHTU：1-烯丙基-3-(2-羟乙基)-2-硫脲(Sigma-Aldrich，St.Louis， MO)。
ATU：烯丙基硫脲(Sigma-Aldrich)。
BHT：丁基化羟基甲苯(PMC Specialties，Fords，NJ)。
二GMA：2，2-二[4-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙氧基)苯基]丙烷 (CAS No.1565-94-2)。
GDMA：甘油二甲基丙烯酸酯(Rhom and Tech，Inc.，Darmstadt， Germany)。
HEMA：甲基丙烯酸2-羟乙酯(Rhom and Tech，Inc.)；含有150 ppm 4-甲氧基苯酚作为引发剂。
IEM：甲基丙烯酸2-异氰酸乙酯(Sigma-Aldrich)。
KPS：过硫酸钾(Sigma-Aldrich)。
FG-KPS：细磨过硫酸钾(Sigma-Aldrich)。
MEC-KPS：根据美国专利5,130,347制备的微囊化过硫酸钾。
TBDMA：4-叔丁基二甲基苯胺(Sigma-Aldrich)。
FAS I：同美国专利5,154,762(Mitra等人)实施例1中的“对比 玻璃”类似(但是表面积为2.8m2/g)，是用硅烷液体处理溶液处理了 的氟铝硅酸盐(FAS)玻璃。处理溶液是这样制成的，混合4份A174γ- 甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(CK Witco Corp.，Greenwich，CT)和40 份水，加入冰醋酸达到pH为3.01，并搅拌0.5小时。将所得澄清的 处理溶液与100份玻璃粉末和另外的67份水混合得到淤浆。通过加 入5％氢氧化铵将淤浆的pH调整为7.0。再搅拌30分钟后，将混合物 倒入垫有TEFLON聚四氟乙烯(DuPont，Wilmington，DE)的浅盘中， 并在95℃下干燥24小时。将所得干燥饼通过60微米筛子筛选的方 法压碎。
FAS II：除了通过74微米筛子筛选干燥饼之外，同FAS I一样 制备的FAS玻璃。
FAS III：将美国专利US 5,154,762的实施例1的“对比玻璃” 研磨至表面积为84m2/G，并用硅烷液体处理溶液处理。除了使用8 份A174γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷之外，按照FAS I的方法进行 硅烷处理和随后的分离干燥玻璃的步骤。将所得干燥饼通过74微米 筛子筛选而压碎。
FAS IV：除了不进行硅烷处理之外，FAS IV同FAS I一样。
FAS V：FAS II与FAS IV的50/50混合物。
FAS VI：Schott玻璃(产品号G 018-117，Schott Glas Export GmbH，Landshut，Germany)按照FAS III所述方法进行硅烷处理。
Zr-Si填料：不透光氧化锌-二氧化硅(Zr-Si)填料是按照美国专利 4,503,169(Randklev)所述方法制备的。
测试方法
压缩强度(CS)：压缩强度是这样评估的，首先将混合的粘固粉 样品注入内径为4mm的玻璃管中。玻璃管的端部用硅胶塞子塞住。 对填充管施加0.275MPa压力5分钟，放在37℃并且相对湿度(RH) 大于90％的箱内静止1小时。接着将固化样品放入37℃水中1天， 然后切成长度8mm。利用多用试验机(Instron Corp.，Canton，MA)在十 字头速度为1毫米/分钟(mm/min)下，根据ISO标准7489测试压缩强 度。
牙釉质粘合性(DA)；牙釉质粘合性是根据美国专利5,154,762 中所述方法测试的，但是没有对牙釉质进行任何预处理。
径向拉伸强度(DTS)：经商拉伸强度是根据上述CS测试方法进 行测试的，但是将样品切成长度为2mm。
牙本质粘合性(EA)：牙本质粘合性是根据美国专利5,154,762 中所述方法测试的。
弯曲强度(FS)和弯曲模量(FM)：弯曲强度和弯曲模量是根据 ISO测试方法4049中所述方法测试的。
凝固时间：用于可硬化树脂固化由液体或糊剂状态形成固体物质 的凝固时间是根据下述方法测试的。在恒温恒湿屋内(22℃和 50％RH)，分别将1g糊剂A和糊剂B剧烈刮刀混合25秒。然后，用 混合的糊剂完全填充带有通过中心的矩形孔(10mm长，8mm宽和5mm 厚)的立方铝模具。然后将填充的模具的一填充端(底端)放在聚酯 膜上，该聚酯膜包在铝板上。45秒钟后(从开始混合起)，在模具的 顶部填充端放置另一个聚酯膜，并在膜的顶部放置400g标准重物。90 秒时，将重物拿走，将夹在中间的样品构造转移到95％RH和37℃湿 润箱中。120秒时，除去顶部聚酯膜，并将固化糊剂的顶面用压陷器 手工压陷，所述压陷器由端部为平的柱状“针”组成，并在手柄端连 接400g物块。将测试样品每10至15秒压陷一次，直到针不再触及 膜覆盖的铝板。从开始混合直到针最后接触底部板期间的时间定义为 凝固时间。凝固时间记录为2次或3次测试的平均值。
工作时间：根据下述方法测试对于混合的糊剂-糊剂粘固粉至固 化的工作时间。在使用前，将工具和糊剂存放在恒温恒湿屋内(22℃ 和50％RH)，并在同一个屋内进行试验。将选定量的A和B糊剂用 刮刀在板上混合25秒，并将所得混合组合物样品转移到半柱形槽式 部分(8cm长，1cm宽和3cm深)，该槽子是在10cm塑料块上的8cm 槽子。1:00时，每30秒通过槽子用圆珠式(1mm直径)沟槽器划出 垂直的沟槽；2:00时，每15秒划出一个沟槽；接近工作时间结束时， 每10秒划一次沟槽。当粘固粉样品块用沟槽器移动时，定义为工作 时间的结束。工作时间记录为2次或3次测试的平均值。
水中膨胀：根据下述方法测试固化树脂样品在水中的膨胀。在恒 温恒湿屋内(22℃和50％RH)，将选定量的A和B糊剂用刮刀在板 上混合25秒，并将所得混合组合物样品转移到三个20mm(内径)× 1mm(深)的TEFLON圆盘模具中，将该模具夹在聚酯膜片材和聚碳 酸酯板之间。将填充的圆盘模具夹住(400g力)并立刻放入37℃95 ％RH箱内至固化。自开始混合10分钟后，将一个圆盘从模具中取出 并放在湿纸巾上。在样品上用永久标记划出等分线，用刮牙器在线上 划出样品。从边缘溢出的任何样品都要清理掉，并将样品浸入装有37 ℃去离子水(DI)的陪替氏培养皿中。然后将该过程在剩下的两个圆 盘样品上重复。立刻(从开始混合起约15分钟)用光学显微镜测试 每个样品上划线长度两次，同时样品仍然浸在水中。平均值表示初始 值(IV)。24小时后，对所有的3个样品都进行了划线长度的两次测 试，平均得到膨胀值(EV)。每个样品的膨胀百分比根据下式计算得 到：水中膨胀百分比％＝(EV-IV)×100/IV。对于固化样品的水中 膨胀百分比记录为三个样品膨胀百分比的平均值。
原材料：
液体树脂A：液体树脂A是通过混合AA:ITA(14.4份)、AA: ITA:IEM(35.6份)、HEMA(17.1份)、水(32.9份)、和BHT(0.06份) 制成的。可硬化树脂的所得溶液称作液体树脂A。
实施例1-2和比较实施例1-2液体树脂A的凝胶研究
通过与氧化剂的多种组合配制不同还原剂并且在将试剂加入可硬 化树脂后评价凝胶时间，进行凝胶研究来确定不同可聚合还原剂体系 的效率。具体地说，不同还原剂与KPS氧化剂混合，然后在室温下加 入到液体树脂A中，搅拌5-10秒。测试的凝胶时间为从混合试剂加 入树脂至混合物由液体转变为粘性凝胶的时间。所用组分的量、凝胶 时间和凝胶外观表示在表1中。
表1 实施 例     液体     树脂     (g)     氧化剂     (g)    还原剂    (g)    凝胶时间    (分:秒)    和外观 比较 实施 例1     1.14  KPS(0.05) ATU(0.05)     1:55     清澈 1     1.05  KPS(0.045) ATU(0.025) TBDMA(0.025)     0:55     清澈到乳白色 2     1.05  KPS(0.045) AHTU(0.025) TBDMA(0.025)     1:00     清澈 比较 实施 例2     1.20  KPS(0.06) TBDMA(0.06)     3:00     深粉红色
表1中的结果表明，与单独使用可聚合还原剂(比较实施例1) 或单独使用胺还原剂(比较实施例2)相比，可聚合还原剂和胺还原 剂的混合(实施例1和2)使液体树脂A的凝胶时间更快。
实施例3-6用液体树脂A和FAS进行凝固时间研究
在氧化剂和不同氟铝硅酸盐(FAS)玻璃填料的各种组合中，进 行凝固时间研究来确定可聚合还原剂的效率。将氧化剂和填料加入到 含有烯键式不饱和羧酸聚合物的可硬化树脂后，确定凝固时间。这种 含有烯键式不饱和羧酸聚合物、FAS玻璃填料和水的可硬化体系通常 被称作玻璃离聚物粘固粉。具体地说，通过用刮刀室温下混合15至30 秒，混合FAS玻璃填料(含有不同含量的氧化剂FG-KPS)和液体树 脂A(含有不同含量的可聚合还原剂ATU)。根据本发明所述方法测 试凝固时间。所用组分含量和凝固时间表示在表2中。
表2     实施     例     填料   在填   料中   的KPS   含量   (％)   在液体    树脂A   中的ATU    含量    (％)    填料/    树脂A     凝固     时间    (分:秒)     3A     FAS II     1     1     2.7     5:20     3B     FAS II     1     2     2.7     4:00     3C     FAS II     2     1     2.7     4:10     3D     FAS II     2     2     2.7     3:00     4A     FAS II     1     1     2.2     3:45     4B     FAS VI     1     2     2.2     3:35     4C     FAS VI     2     1     2.2     3:30     4D     FAS VI     2     2     2.2     3:15     5A   FAS VI+FAS II   (1∶1掺合物)     1     1     2.5     4:10     5B   FAS VI+FAS II   (1∶1掺合物)     1     2     2.5     4:05     5C   FAS VI+FAS II   (1∶1掺合物)     2     1     2.5     3:40     5D   FAS VI+FAS II   (1∶1掺合物)     2     2     2.5     2:50     6A     FAS V     1     1     2.7     4:15     6B     FAS V     1     2     2.7     3:20     6C     FAS V     2     1     2.7     3:55     6D     FAS V     2     2     2.7     2:20
表2中的结果表明，含有可硬化树脂、KPS-ATU氧化还原体系 和多种FAS填料的多种组合物都具有用作牙科材料可接受的凝固时 间。
实施例7-10
除了将液体树脂A(加上2％ATU)分别在37℃和90％RH下老 化1周、2周、4周和8周之外，按照实施例5D所述方法制备可硬化 树脂(实施例7-10)。在混合各组分并随后固化之后，根据本发明所 述测试方法，评价所得固体树脂的牙本质粘合性(EA)、压缩强度 (CS)、和径向拉伸强度(DTS)。所得结果表示在表3中。
表3   实施例    实施例5D   的老化时间     EA    (MPa)     CS    (MPa)     DTS    (MPa)     5D     Initial     8.7     137     25.2     7     1 week     8.0     146     24.6     8     2 week     8.66     153     25.6     9     4 week     9.29     148     22.5     10     8 week     9.22     145     26.7
从表3中的数据可以概括出，液体树脂A(加上2％ATU)的老 化没有使物理性能(EA、CS或DTS)出现明显不同。
实施例11
除了开始将可聚合还原剂ATU加入到填料中而不是加入到液体 树脂A中之外，以与实施例3-6类似的方式配制填料(粉末)/液体 组合物。具体地说，填料由FAS V(4.65份)、MEC-KPS(0.5份)和ATU(0.2 份)组成。以2.5∶1的比例将填料加入到液体树脂A中，并且所得凝固 时间为2分钟5秒。物理性能是根据本发明所述测试方法测定的，结 果如下：CS为115MPa，DTS为22.1MPa，EA(没有调理)为6.08MPa。
实施例12-13
利用刮刀将糊剂75A(1.4g)和糊剂75B(1.0g)混合25秒来配制糊 剂/糊剂组合物(玻璃离聚物粘固粉体系)，固化后得到硬化的树脂粘 固粉(实施例12)。同样，将糊剂77A(1.7g)和糊剂77B(1.0g)混合， 固化后得到硬化的树脂粘固粉(实施例13)。糊剂75A/77A和糊剂 75B/77B的组分分别表示在表4和表5中。根据本发明所述测试方法 测试硬化的树脂粘固粉的凝固时间、工作时间和各种物理性能，结果 表示在表6中。
表4 组分 糊剂75A(份) 糊剂77A(份)  水 6.27  6.36  HEMA 14.25  14.15  GDMA 1.71  0.0  二GMA 0.0  1.73  ATU 2.05  0.52  TBDMA 0.0  0.21  FAS II 37.06  37.56  FAS III 37.06  37.56  TiO2(Degussa，Germany) 0.46  0.46  锻制氧化硅，硅胶  R812S(Degussa，Germany) 1.14  1.15
表5 组分  糊剂75(份)  糊剂77(份)  水  18.75  22.04  HEMA  9.40  7.35  AA:ITA:IEM  34.38  34.18  BHT  0.03  0.03  KPS  0.0  4.34  MEC-KPS  5.23  0.0  Zr-Si填料  32.21  31.07  锻制氧化硅，硅胶  R812S  0.0  0.99
表6 性质 实施例12 粘固粉 (糊剂75A+ 糊剂75B)  实施例13  粘固粉  (糊剂77A+  糊剂77B) CS，MPa(SD) 120(17)  138(13) DTS，MPa(SD) 23(3)  23(2) FS，MPa(SD) 20(1)  28(3) FM，GPa(SD) 1.6(0.1)  2.1(0.1) DA，MPa(SD) 2.8(2)  4.0(2) EA，MPa(SD) 7.6(2)  10.5(3) 工作时间(分:秒) 2:20  3:30 凝固时间(分:秒) 2:20  3:20 水中膨胀(％) 0.8  1.8
表6中的结果表明，糊剂/糊剂组合物含有可硬化树脂体系、填 料和KPS-ATU氧化还原体系(其中KPS在一种糊剂中，而ATU在另 一种糊剂中)，并且具有作为牙科材料可接受的凝固时间和物理性能。 实施例12所示更快的工作时间和凝固时间归因于含量高得多的可聚 合还原剂ATU。
实施例14-ATU的甲基丙烯酰基衍生物的合成及其作为还原剂的应用
在圆底烧瓶中，将AHTU(8.01g，0.05mol)溶解在无水THF(100ml) 中，并加入二丁基锡二月桂酸酯(0.20ml，Sigma-Aldrich)。将烧瓶连 接到回流冷凝器上，该冷凝器端部连接装有燥石膏干燥剂的干燥管。 室温下10分钟内滴加IEM(7.75g，0.05mol)。40℃下搅拌反应混合物15 小时。从热源上移开烧瓶，通过旋转式蒸发除去溶剂得到无色粘稠液 体。产物的红外特征与甲基丙烯酸酯化的AHTU(M-AHTU)化学结构 一致。
用上面制备的3wt％M-AHTU调配液体树脂A，将所得液体与实 施例5D中所用的粉末混合。测试的粉末/液体混合物的凝固时间为3 分钟40秒。
本发明所引用的专利、专利文献和出版物的全部说明书，同分别 引入一样，被引入本文以供参考。在不偏离本发明范围和精神的前提 下，对本发明的多种改进和改变对于本领域技术人员来说将变得显而 易见。应当理解为，本发明决不想限于本发明所给出的说明性实施方 案和实施例，并且这些实施例和实施方案仅作为实施例出现，本发明 的范围仅想通过本发明后面给出的权利要求书进行限定。