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JP5727135B2 - 光重合性組成物 - Google Patents

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JP5727135B2 JP2009514419A JP2009514419A JP5727135B2 JP 5727135 B2 JP5727135 B2 JP 5727135B2 JP 2009514419 A JP2009514419 A JP 2009514419A JP 2009514419 A JP2009514419 A JP 2009514419A JP 5727135 B2 JP5727135 B2 JP 5727135B2
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Description

光硬化性組成物には、塗料、コーティング、光学接着剤及びマイクロ電子接着剤、歯科用接着剤及び歯科用複合体等における多くの用途が見出されている。UV光及び可視光はかかる硬化反応を助長する2つの一般的な光源である。さらに、このような光硬化プロセスは、光開始剤の性質及び重合機構に基づき光誘起カチオン重合又は光誘起フリーラジカル重合に分類することもできる。任意の所与の光硬化性組成物について、それらは少なくとも硬化性樹脂と光開始剤とから構成される。典型的な硬化性樹脂としては、(メタ)アクリレート、ビニル、ビニルエーテル、エポキシ等が挙げられる。光開始剤は、アリールケトン、ジケトン、アシルホスフィンオキシド等の光増感剤である。そのうえ、効果的な硬化をもたらすためには、さらなる共開始剤(coinitiator)又は促進剤も必要とされる。第三級芳香族アミン、例えばエチル−4−ジメチルアミンベンゾエート(EDAB)は最も効果的な促進剤であることが見出されている。しかしながら、これらの第三級芳香族アミンの間の促進効率は、芳香族部位の置換に大いに左右される。さらにまた、それらの従来の第三級芳香族アミンに基づいて得られる硬化系の、潜在的な毒性、及び色安定性に対する長期間の影響に関する懸念が高まりつつある。色安定性は、窒素原子上の置換によるよりも芳香族環の性質によってより影響を受けると考えられている。特に、かかる第三級芳香族アミンを含有する硬化マトリクスを、色整合が非常に重要である歯科用修復物として使用する場合、この変色は大きな懸念事項である。したがって、新規の光共開始剤としての、容易に得られる反応性且つ色安定性のアミンが求められている。
歯科用用途では、色安定性であるが、安定な高い周囲光(環境光)を示し、且つ後に迅速な重合を促す光開始剤を使用することが望ましい。α−ジケトン、脂肪族/芳香族アミン及びトリアザン誘導体から成るかかる光開始剤系が特許文献1に開示されている。しかしながら、トリアジン化合物の異性化性及び速い硬化反応速度といった性質に起因して、かかる開始剤系に関する色安定性及び収縮応力集中の問題が懸念されている。
硬化歯科用樹脂及び複合体の色変化の1つの理由は、一般的に第三級芳香族アミンである残留アミンに起因する。UVエージング又は熱エージングによって異性化を起こし、有色構造を形成する場合がある。1つの解法は、置換芳香族を生成することにより、芳香族部位のこのような構造異性化によって起こり得る結合を破断させ、かかる芳香族環を単離させることである。2,2’,6,6’−四置換ビフェニルは無色ポリマーを生成することが探究されている。
フリーラジカルに基づく光硬化プロセスに関する別の問題は、従来のフリーラジカル光重合の速い硬化性に起因する収縮及び収縮応力である。このため、新規のフリーラジカル硬化系のより迅速な硬化速度とより低い硬化応力との良好なバランスをとり得る新たな光開始剤を開発する必要がある。所与の硬化組成物の収縮応力を低減させることを目指してラジカル重合速度をさらに低下させることが本発明の意図である。
接着樹脂複合修復物における応力の発生が重合中の収縮の制限に起因すること、及びそれが修復物の構成に依存することは既知である。さらに、機能充填(functional loading)中の不均質変形は材料の界面並びに凝集に損傷を与えるおそれがある。これらの応力による損傷は、接着界面に弾性ライニングを適用することによって、及び樹脂の二段階光開始による早期変換を遅らせることによって低減され得る。間接流動及び整合性といった様々な要素は全て、修復された歯牙の重合応力の増減に関係している。樹脂組成物の性質に加えて、所与の樹脂又は複合体がどのように硬化されるかも、全応力の発現にとって重要であり、これは、重合応力の発現における動態学的制御が可能であることを意味する。MWが増大すると、高分子鎖移動性は制限され、拡散性が速度制御因子となる。直鎖状系と比べて、架橋系における移動性の制限がより早く訪れると考えられ、これは、過剰反応が重合応力の増大をもたらすことを意味している。しかしながら、このような架橋反応は最終的な材料に機械特性を付与するため、低応力を変動させるように乱切りにすることはできないでいる。
応力の発生及び発現を制御するための種々のアプローチが存在する:
1.重合速度を遅くする;
・当社で最近開発した安定なラジカル又はP&P樹脂系といった特定の速度制御因子を導入すること;
・重合された帯域内に発現した応力が、当社で開発した分節重合法のように、その隣接する重合されていない帯域へと移行することができ、且つ軽減され得る種々の重合帯域を作製すること(特許文献2);
・(メタ)アクリレートとビニルエーテルとを有するハイブリッドモノマー等の種々の重合基を使用すること;
・早い段階で反応性を制限するために大型マクロモノマーを使用すること;
2.変換を低減させる;
・当社で開発した重合性大環状体、又はデンドリマー(dendremers)若しくはハイパーブランチのような2D構造体又は3D構造体を予め構築しておくこと;
3.架橋形成の間に応力を軽減させるようにラジカル重合動態をさらに調整すること。
米国特許出願第2004/0180983号 米国特許第6783810号
本発明は、一般的な架橋系内にわずかしか硬化収縮応力を発生させないような光重合動態のより良好な制御を可能にする新規の第三級アリールアミン、より詳細には複数の第三級アリールアミンに基づく歯科用複合組成物に関する。また、かかる新規のアミン由来の組成物はまた、EDBA等の従来のモノ−第三級アリールアミンに基づくものに比べて色安定性を改善させることができる。このような概念に起因する利得は、歯科用複合体又は他の歯科用材料に制限されるものではないことが明らかであろう。この用途は光学コーティング、マイクロ電子部材等において見出すことができる。
本発明は、系における芳香族ジアミンの変色を低減させ且つまた光重合からの収縮応力を低減させるような、光硬化性樹脂系及び/又は任意の他の樹脂組成物における、従来の光開始剤に伴う共開始剤又は促進剤としての第三級芳香族ジアミンの使用に関する。より詳細には、本発明は、得られる光硬化性の樹脂及びペーストの色安定性の改善を示すだけでなく、同様の樹脂及び/又は樹脂由来のペーストの重合応力も低減させる、ねじれたビフェニル部位を有する或る種の第三級芳香族ジアミンに関し、これは、歯科用修復物に特に望ましい。
初めに、カンファーキノン等のα−ジケトン光開始剤を伴う促進剤としてのその使用に向けて色安定性を改善させるために、ねじれたビフェニル部位を含有する新規の第三級芳香族ジアミンを設計した。本発明者らは、かかる第三級芳香族ジアミンが、色安定性を改善させるのに非常に効果的であることを発見した。歯科用配合物に使用される従来の第三級芳香族アミン(例えばEDAB)と異なり、本発明の第三級芳香族アミンは、ねじれたビフェニル部位と複数のアミン基とを含有する。これらの複数のアミン基及びその特有の構造特徴のために、本発明のジアミンは、従来の第三級アミンよりも光誘起互変異性化の影響を受けやすくなるか、又は安定になることが予想され、これによってまた、共開始剤としての異なる光反応性がもたらされる。
また本発明者らは、かかる新たなアミン系による樹脂又はペーストの光重合動態が区別されることを見出した。このため、かかる第三級芳香族ジアミンを含有する樹脂又はペーストの別々の特有の特徴によって、かかる拡張型網目構造硬化プロセスを通じて効果的な応力分散により収縮応力を効果的に低減することができる。さらに、このような新たなアミンを含有するそれらの樹脂及び/又はペースト組成物の著しく改善された色安定性は、アミン含有量が高くとも示された。
本発明に使用されるモノマーは、少なくとも1つの重合性オレフィン不飽和基を有するモノマーの任意のものであってもよい。とりわけ、(メタ)アクリレートモノマーをこのモノマーとして使用することが好ましい。本発明で使用される(メタ)アクリレートモノマーは好ましくは、単官能性(メタ)アクリレートモノマー及び多官能性(メタ)アクリレートモノマーの任意のものであってもよい。
歯科用途の好ましい重合性組成物は、機械強度、ハンドリング特徴、改善された色安定性、低減された重合収縮及び収縮応力を含む全体性能の最良のバランスをとるために、上記の1つ又は複数の(メタ)アクリレートモノマーを含有してもよい。
芳香族第三級アミンは、α−ジケトンベースの光開始剤系の共開始剤又は促進剤として広範に使用されており、通常、重合性樹脂の量に基づき0.01重量%〜5.0重量%の量をとる。しかしながら、残留アミンは、色を不整合なものにする望ましくない色変化をもたらすおそれがある。硬化系の変色を防ぐために、Uvinol等の追加のUV安定化剤を、組成物中に0.5%(wt/wt)〜2.0%(wt/wt)で使用しなければならない。
任意のポリマーマトリクス中の光安定化剤の使用は、当該技術分野において既知である。これらの安定化剤は、ポリマー又はコーティングを、熱、光及び紫外線の効果から保護するために頻繁に使用されている。ヒンダードフェノール等の一次酸化防止剤は、高温における酸化から保護するために頻繁に使用される。硬化ポリマーの変色(黄変)を遅らせるために、ベンゾトリアゾール等のUV吸収剤、及びヒンダードアミン光安定化剤を使用することがある。それゆえ、色安定性を改善させるような、現行のEDABに取って代わる新規のアミンを開発することが望ましい。新たなアミンは、芳香族ジアミンの変色を防止するものが好ましい。
アミン含有量は、重合反応性と貯蔵安定性とのバランスにおいて重要なものである。EDABの濃度を上げると、特に暗い色合いにおいて(especially for dark shade)、機械強度を高め且つ硬化深さを増大させる反応性の増大が導かれる。しかしながら、この好ましくない点は、残留アミンの色不安定性に起因して環境光感度が増大し且つ陰影の変化が起こることである。残留アミンの酸化は、色変化をもたらすキノノイド形成を助長すると考えられている。新たなアミンはねじれたビフェニルジアミン、2,2’−トリフルオロメチル−4,4’−ビフェニルジアミン(TFMB)をベースとする。一段階メチル化反応は、第三級ジアミン、N,N,N’,N’−テトラメチル(teramethyl)−2,2’−トリフルオロメチル−4,4’−ビフェニルジアミン(TMFBP)をもたらす(図1を参照)。かかるねじれたアミンは樹脂系中へのより良好な溶解性を提供するだけでなく、良好な色安定性も示すことが予想される。他方、特徴とされるジアミンのために、かかるアミン/樹脂系の特有の反応動態も予想される。TMFBPは、任意のモノアミン(例えばEDAB)で終端される鎖の一方向成長とは異なる鎖の放射状成長のために中空状になり得る。
表I及び表IIに示されるように、新たなアミンであるTMFBPを、対照としてCQ/TPH樹脂及びEDABと共に配合した。複合ペーストを作製するのに、標準的なHarpoonフィラー配合物を使用した。明らかに、EDBAベースの樹脂及びペーストとTMFBPベースの樹脂及びペーストとの有意差は同じアミンレベルでは見出されなかった。しかしながら、低レベルのEDAB(LB5−188)に基づくペーストによる弱い特性は、この系の反応性がTMFBP系と比べてより低いことを示唆している。より重要なことに、純樹脂、例えばLB5−178−1及びLB5−178−2対LB5−178−3及びLB5−178−4からの硬化チップによる促進エージング試験から、より大きな色変化(ΔE)はLB5−178−2の方がLB5−178−4よりも見られたことが示された(1.14対0.59)。長時間エージング試験は現在処理中である。また、同じレベルのCQ/EDAB及びフィラーの充填では、TPH樹脂ベースのペースト(LB5−188)が依然として従来報告されているそれらのP&P樹脂ベースの複合ペーストよりもかなり大きな収縮応力(2.6MPa対1.5MPa)をもたらすことにも留意されたい。次にP&P樹脂系における新たなアミンの効果を調査する。
CQ/TPH樹脂系中のTMFBPの持続レベルを求めるために、表IIIに示されるように一連のCQ/TMFBP組成物を試験し、ペーストをそれに応じて調製した(表IV)。これらの樹脂配合物、即ち、LB5−192−1、LB5−192−2、LB5−192−3、LB5−192−4、LB5−192−5及びLB5−192−6の間に重合収縮の有意な差は見られなかったが、収縮応力の差が明らかとなった。さらに、全収縮応力を支配するアミンレベルの臨界値がみられた(図2)。収縮応力に対するCQの同様の効果も留意である(図3を参照)。しかしながら、対応する複合ペーストの収縮応力に対するアミンレベルの有意性は、表IVに示されるようにはっきりとしなかった。TPH樹脂系中の最低限のTMFBPレベルを特定し、且つさらにペーストの色安定性を評価するのには、さらなる調査が必要である。特許はこの点が満たされるものとする。
例示目的で記載されるに過ぎない以下の実施例に関連して本発明をさらに説明する。
[実施例]
[実施例1]
Figure 0005727135
第三級のねじれたビフェニルジアミンの調製
上記のように、典型的な2,2’−置換ビフェニル−N,N’−ジメチルジアミン(dimathyldiamine)は、モノ−第三級ジアミン、例えばm−トリフルオロメチル−N,N−ジメチルアミンに関する「有機合成(Organic Synthesis)、Coll. Vol.V, p1O84-87」に記載の手法に従い、対応するねじれたジアミンから直接調製することができる。同様に、2,2’,6,6’−置換ビフェニル−N,N’−ジメチルジアミン(以下参照)も調製することができる。しかしながら、同様の用途のための、同様又は類似の構造を有するねじれた第三級ジアミンを調製する他の方法も、本発明の範囲内である。
Figure 0005727135
スキームII:典型的な四置換のねじれたビフェニル第三級ジアミンの化学構造図
28.6グラム(0.102モル)のリン酸トリメチルを、機械攪拌機、N2導入口及び冷却機を備えた500ml容の丸底三口フラスコに添加する。次に、21.4グラム(0.05モル)の2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TFMB)を系内に添加した。透明溶液を直ちに展開して還流させた。攪拌した反応混合物を油浴中で約150℃まで1時間〜2時間かけて徐々に加熱した。この場合、フラスコ中の反応物の昇華を避けるために、温度は200℃まででなければならない。2時間〜3時間後、反応混合物を室温に冷却する。その後、200mlの水に溶解した30グラムのNaOHの溶液を、固化した反応混合物を含むフラスコに添加し、混合物を入念且つ激しく2時間攪拌した。濾過後に不溶性結晶固体を回収する。次に、これを数回アセトンで再結晶化させる。得られた生成物の構造を、NMR分光分析(1H、F16及びC13)によって確認する。
[実施例2]
TFMBPを有する活性化樹脂配合物
30.0グラムのTPH樹脂、即ちEBPADMAとTEGDMAとの混合物、0.15wt/wt%のCQ、0.20wt/wt%のTFMBP、及び0.02wt/wt%のBHTを50.0℃で1時間混合することによって活性化樹脂混合物を調製する。このような活性化樹脂を、重合収縮、収縮応力、変換、及び重合速度によって徹底的に評価した。これらは表Iにまとめられている。
[実施例3]
TFMBPを含有する光硬化性複合体
上記で生成される活性化樹脂混合物を次に、別の部分に記載した無機ガラスフィラーを最大82wt/wt%充填する複合ペーストに配合した。かかるペーストを、表IIに挙げるように徹底的に評価した。
比較例1
EDABを有する活性化樹脂配合物
30.0グラムのTPH樹脂、即ち、EBPADMAとTEGDMAとの混合物、0.15wt/wt%のCQ、0.20wt/wt%のEDAB、及び0.02wt/wt%のBHTを50.0℃で1時間混合することによって活性化樹脂混合物を調製する。このような活性化樹脂を、重合収縮、収縮応力、変換、及び重合速度によって徹底的に評価した。これらは表Ia及び表Ibにまとめられている。
[実施例2]
EDABを含有する光硬化性複合体
上記活性化樹脂を次に、別の部分に記載した無機ガラスフィラーを最大82wt/wt%充填する複合ペーストに配合した。かかるペーストを、表IIa及び表IIbに挙げるように徹底的に評価した。
Figure 0005727135
Figure 0005727135
Figure 0005727135
Figure 0005727135
Figure 0005727135
Figure 0005727135
Figure 0005727135
したがって、本明細書中に開示されるように本発明は、上記の本発明の目的の1つ又は複数を成し遂げ、他の点では当該技術に対する有益な寄与を構成することが明らかである。当業者にとって明らかなように、本発明の精神を逸脱することなく、本明細書中に開示される好ましい実施形態に変更が為され、本明細書中の本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲よってのみ限定される。

Claims (17)

  1. 光重合性歯科用組成物であって、
    芳香族第三級ジアミン、
    光増感剤、及び
    硬化性樹脂として、少なくとも1つの(メタ)アクリレートモノマー
    からなり、
    前記芳香族第三級ジアミンが下記構造:
    Figure 0005727135
    (式中、R2及びR3はそれぞれ独立して、C1〜C18の炭素原子を有するアルキルであり、R及びR1はそれぞれ独立して、水素若しくはハロゲン;1個〜18個の炭素原子を有するアルキル、アルコキシ若しくはアルキルチオ;又は1個〜18個の炭素原子を有するフェニル及び/又は置換フェニルアルコキシ若しくはアルキルチオである)を有するビフェニル部位を有する、
    ことを特徴とする光重合性歯科用組成物。
  2. R及びR1が互いに独立して、C1〜C18のアルキル又はフッ素化アルキル、1つ又は複数のO原子が挿入されたC2〜C18のアルキル又はフッ素化アルキル、フェニル置換C1〜C4アルキル、C2〜C18アルケニル、非置換若しくはハロゲン、ヒドロキシル、C1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシルで1回〜5回置換されたフェニル、非置換若しくはハロゲン、ヒドロキシル、C1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシルで1回〜5回置換されたナフチル、非置換若しくはハロゲン、ヒドロキシル、C1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシル、或いはC3〜C12シクロアルキルで1回〜5回置換されたビフェニル、O含有、S含有又はN含有の5員環又は6員環の複素環又はCOR4基であり、R、R’、R1及びR1’が共に同じで、C1〜C18のアルキル又はフッ素化アルキル、1つ又は複数のO原子が挿入されたC2〜C18のアルキル又はフッ素化アルキル、フェニル置換C1〜C4アルキル、C2〜C18アルケニル、非置換若しくはハロゲン、ヒドロキシル、C1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシルで1回〜5回置換されたフェニル、非置換若しくはハロゲン、ヒドロキシル、C1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシルで1回〜5回置換されたナフチル、非置換若しくはハロゲン、ヒドロキシル、C1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシル、或いはC3〜C12シクロアルキルで1回〜5回置換されたビフェニル、O含有、S含有又はN含有の5員環又は6員環の複素環又はCOR4基であり、R4がC1〜C8アルキル、フェニル、ナフチル又はフェニルC1〜C8アルキルであり、
    R2、R2’、R3及びR3’が互いに独立して又は同じで、C1〜C2アルキル、又はCHR5基であり、R5がC1〜C2のアルキル又はフッ素化アルキル、1つ又は複数のO原子が挿入されたC2〜C8のアルキル又はフッ素化アルキル、フェニル置換C1〜C4アルキル、C2〜C18アルケニル、非置換若しくはハロゲン、ヒドロキシル、C1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシルで1回〜5回置換されたフェニル、非置換若しくはハロゲン、ヒドロキシル、C1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシルで1回〜5回置換されたナフチル、非置換若しくはハロゲン、ヒドロキシル、C1〜C8アルキル及び/又はC1〜C8アルコキシル、或いはC3〜C12シクロアルキルで1回〜5回置換されたビフェニル、O含有、S含有又はN含有の5員環又は6員環の複素環であり、
    C1〜C18のアルキル又はフッ素化アルキルが直鎖状又は分岐鎖状であり、かつ、メチル、エチル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ドデシル又はオクタデシルから成る群から選択される、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  3. 前記1つ又は複数のO原子が挿入されたC2〜C18のアルキル又はフッ素化アルキルに、−O−が1回〜5回挿入される、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  4. 前記挿入されたアルキルが、−O(CHOH、−O(CHOCH、−O(CHOH、−(CHCHO)OCHCH、−CHOCH、又は−CHCHOCHCHの構造を有する、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  5. 前記フェニル置換C1〜C4アルキルが、ベンジル、フェニルエチル、2−フェニルエチル、3−フェニルエチル、α−メチルベンジル、又はα−ジメチルベンジルである、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  6. 前記C2〜C18アルケニルが、直鎖状又は分岐鎖状であり、ビニル、アリル、メチルビニル、ブテニル、ブタジエニル、ペンテニル、ヘキセニル、ヘプテニル、オクテニル、ノネニル、デセニル、ドデセニル及びオクタデセニルから選択される、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  7. 前記C1〜C8アルコキシルが、直鎖状又は分岐鎖状であり、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキシ、sec−ブトキシ、tert−ブトキシ、ペントキシ、イソペントキシ、ヘキシルオキシ、ヘプチルオキシ及びオクチルオキシから選択される、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  8. 前記C1〜C8アルキルチオが、直鎖状又は分岐鎖状であり、メチルチオ、エチルチオ、プロピルチオ、イソプロピルチオ、ブチルチオ、tert−ブチルチオ、ヘキシルチオ、及びオクチルチオから選択される、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  9. 前記ハロゲンが、塩素、臭素及びヨウ素から成る群から選択される、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  10. 前記置換フェニルが、1回〜5回置換される、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  11. R、R’、R1及びR1’が、O含有、S含有又はN含有の5員環又は6員環の複素環である、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  12. R、R’、R1及びR1’が、フリル、チニル、ピロリル、オキシニル、ジオキシニル又はピリジルである、請求項11に記載の光重合性歯科用組成物。
  13. 前記ナフチルC1〜C4アルキルが、ナフチルメチル及びナフチルエチルから選択される、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  14. 前記C1〜C4アルキルフェニルが、トリル、キシリル、メシチル、エチルフェニル、及びジエチルフェニルから選択される、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  15. 前記C1〜C4アルキルナフチルが、メチル、エチル、プロピル若しくはブチル、又はその組合せによって置換されるナフチルである、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  16. 前記芳香族第三級ジアミンが0.05%(wt/wt)〜1.5%(wt/wt)で存在する、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
  17. 前記(メタ)アクリレートモノマーが、単官能性(メタ)アクリレート又は多官能性(メタ)アクリレートである、請求項に記載の光重合性歯科用組成物。
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