СТОМАТОЛОГИЧЕСКАЯ ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ С ПОВЫШЕННОЙ АДГЕЗИЕЙ К ТКАНЯМ ЗУБА
DENTAL POLYMER COMPOUND WITH HIGH DENTAL TISSUE ADHESION

Настоящее изобретение относится к стоматологическим полимерным материалам и может быть использовано для восстановления и реставрации анатомической формы зуба.
Известны композиционные стоматологические материалы (патент США № 4579880 от 01.08.1986 г., патент РФ № 2375039 от 30.01.2008 взятый за прототип),  в состав которых входят полимеризационноспособные метакрилатные олигомеры, например, [2,2-бис-(3-метакрилоилокси-2-оксипропокси-4-фенил)]пропан (Бис-ГМА), триэтиленгликоль-диметакрилат (ТГМ), активаторы полимеризации, наполнители, например, силанизированный кварцевый порошок, ингибиторы (ионол) и  полимеризационно-способные фосфазеновые олигомеры, содержащие в связанных с атомом форсфора органических радикалах способные к сополимеризации метакриловые группы (пример № 1).
Получаемые по прототипу композиции обладают повышенной прочностью на сжатие и изгиб, низкой водорастворимостью и высокой водостойкостью, достаточной микротвердостью, но недостаточной в ряде случаев адгезией к металлам и тканям зуба.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение адгезии к указанным выше субстратам, которую можно повысить введением в состав фосфазенового модификатора кислых P-OH групп, однако такие модификации оказываются неустойчивыми, легко претерпевающими фосфазен-фосфазановую перегруппировку:
приводящую к последующей деградации фосфазенового цикла с уменьшением стабильности композиции и ухудшением её свойств.
4
6
С другой стороны в патентах США 5218070 и 6114408 повысить адгезию к тканям зуба и металлам удалось путем включения в состав стоматологического материала соответственно полимеризационноспособных ненасыщенных производных бутана общей формулы (ROOC)x−CH−(COOR′)y, где R−H или радикал, содержащий различные акрилатные группы, или продукта реакции диметакрилата глицерина с пирромелитовым диангидридом, в состав которого также входят карбоксильные группы.
Для повышения адгезии модифицирующего фосфазена и всей композиции к тканям зуба и металлам заявители использовали крбоксилсодержащие фосфазеновые модификаторы (пример 2) синтезируемые по схеме:
где Ar - ароматические радикалы, чаще орто-, мета- и парофениленовые, n≥3.
3
3
6
4
6
Эта реакция протекает в сравнительно мягких условиях и позволяет соотношением исходных веществ в широких пределах регулировать в образующихся модификаторах содержание карбоксильных и метакрилатных групп, определяемых классическими методами (по значению кислотных и бромных чисел) или по лазерным масс-спектрам. Так при мольном соотношении PN(OCHCOOH): глицидилметакрилат равном 1:3 конечная реакционная смесь включает продукты, содержащие от 1 до 5 метакрилатных групп с преобладанием трехзамещенных соединений.
Для синтеза исходных карбоксилфосфазенов был использован гексахлорциклотрифосфазен или его смеси с вышими хлорциклофосфазенами - октамером, гексамером и другими; указанные хлорфосфазены взаимодействием с фенолятами гидроксидальдегидов переводят в соответствующие формиларилоксициклофосфазены и далее их окислением - в исходные для реакции с глицидилметакрилатом карбоксилсодержащие арилоксициклофосфазены.
Новизна предлагаемой композиции заключается в том, что:
- в вышеупомянутой формуле фосфазенового модификатора одновременно содержатся два типа функциональных групп - метакриловые и карбоксильные; первые обеспечивают сополимеризацию с основными связующими (смесью Бис-ГМА и ТГМ) и увеличивают густоту образующейся пространственной сетки, вторые вследствие взаимодействия с атомами кальция гидроксиаппатита увеличивают адгезию композиции к тканям зуба;
- указанные новые ранее не описанные соединения получают взаимодействием карбоксилциклофосфазенов с глицидилметакрилатом с возможностью варьирования в необходимых пределах соотношения функциональных карбоксильных и метакрилатных групп;
- в качестве полимеризационноспособных метакрилатных олигомеров используют смесь бисфенолглицидилметакрилата (Бис-ГМА) и триэтиленгликольдиметакрилата (ТГМ). Выбранные метакрилатные олигомеры в сочетании с карбоксилсодержащими метакриловыми производными арилоксициклофосфазенов позволяют получить прочные, химически стойкие пространственно сшитые полимерные структуры;
- в качестве активаторов полимеризации применяют фотоинициирующую систему, например, камфорохинон  и  4-этилдиметиламинобензоат, которая позволяет проводить  полимеризацию композиции синим светом длиной волны 450-500 нм в течение 20-40 сек. Компоненты, составляющие фотоинициирующую систему, хорошо совместимы и стабильны при хранении;
- в качестве наполнителей используют смеси высокодисперсных силанизированных неорганических наполнителей на основе оксидов кремния, алюминия, бария, магния или других, например, аэросил (размер частиц 7-40 нм) и  силанизированный бариевый стеклонаполнитель (размер частиц 0.4-5.0 мкм). Сочетание наполнителей с разным размером частиц позволяет обеспечить плотную «упаковку» частиц в олигомерной матрице, высокий уровень наполненности композиции, а значит и высокие физико-механические свойства;
- в состав предлагаемой стоматологической полимерной композиции указанные компоненты входят в следующих соотношениях (масс.%):
Бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА)
7-18
Триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ)
5-13
Метакриловое карбоксилсодержащие производное арилоксициклофосфазена
5-10
Ионол
0,001-0,005
Камфорохинон
0,05-0,5
4-этилдиметиламинобензоат
0,05-0,5
Аэросил
0,5-10
Порошкообразный стеклонаполнитель
остальное до 100
Соответствие  критерию  «изобретательский уровень» подтверждают следующие признаки:
- в качестве полимеризационноспособных фосфазеновых соединений применяют новые карбоксилсодержащие метакриловые производные арилоксициклофосфазенов формулы:
в которой Ar - ароматический радикал, преимущественно орто-, мета- или парафенилен, а n - целое число от 3 до 8;
n
n
2n
- карбоксилсодержащие метакриловые арилоксициклофосфазены получают взаимодействием соответствующих карбоксиларилоксициклофосфазенов PN(OArCOOH)с глицидилметакрилатом и в отличие от метакрилоксифосфазеновых олигомеров прототипа предлагаемые в настоящем изобретении соединения имеют более низкую молекулярную массу, легко совмещаются с основными мономерами композиции (Бис-ГМА и ТГМ) лучше совмещаются с наполнителями, образуя при УФ-отверждении более однородные композиции.
Приготовление стоматологической полимерной  композиции
Пример 1
В вакуумном гомогенизаторе готовят композицию следующего состава (г):
Бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА)
12,6
Триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ)
8,4
Метакриловое производное полиарилоксифосфазена
3,75
Ионол
0,005
Камфорохинон
0,125
4-этилдиметиламинобензоат
0,125
Аэросил ОХ-50 (средний размер частиц 40 нм)
2,0
Бариевый стеклонаполнитель SCHOTT-8235 (средний размер частиц 0,7 мкм)
73
Полученную в виде пасты стоматологическую полимерную композицию помещают в форму для приготовления образцов, облучают  в течение 40 секунд светом длиной волны 400 - 500 нм при помощи аппарата для светового отверждения стоматологических материалов. Отвержденные образцы стоматологической полимерной композиции погружают в дистиллированную воду и выдерживают в термостате температурой 37±2ºС в течение 24 часов. По окончании экспозиции образцов в указанных условиях их подвергают испытаниям по методикам ГОСТ Р 51202-98.
Пример 2
В вакуумном гомогенизаторе готовят композицию следующего состава (г):
Бисфенолглицидилметакрилат (Бис-ГМА)
12,6
Триэтиленгликольдиметакрилат (ТГМ)
8,4
Карбоксилсодержащее метакриловое производное арилоксициклотрифосфазена с кислотным числом 150 мг КОН/г и бромным числом 49 г Br/100г
5,0
Ионол
0,005
Камфорохинон
0,125
4-этилдиметиламинобензоат
0,125
Аэросил ОХ-50 (средний размер частиц 40 нм)
2,0
Бариевый стеклонаполнитель SCHOTT-8235 (средний размер частиц 0,7 мкм)
3
Полученную в виде пасты стоматологическую полимерную композицию помещают в форму для приготовления образцов, облучают  в течение 40 секунд светом длиной волны 400 - 500 нм при помощи аппарата для светового отверждения стоматологических материалов. Отвержденные образцы стоматологической полимерной композиции погружают в дистиллированную воду и выдерживают в термостате температурой 37±2ºС в течение 24 часов. По окончании экспозиции образцов в указанных условиях их подвергают испытаниям по методикам ГОСТ Р 51202-98.
Полимеризационноспособные карбоксилсодержащие метакриловые производные арилоксициклофосфазенов на примере гексахлорциклотрифосфазена получали по схеме:
2
3
2
где R − CHOC(O)C(CH)=CH
К раствору гидроксибензальдегида в этиловом спирте приливают отдельно приготовленный спиртовой раствор этилата натрия, взятого в стехиометрическом отношении к альдегиду. Реакцию ведут 10 мин, после чего этанол отгоняют на вакуумно-роторном испарителе.
К суспензии фенолята гидроксиальдегида в тетрагидрофуране (ТГФ) приливают при перемешивании раствор гексахлорциклотрифосфазена (ГХФ) в ТГФ в мольном соотношении фенолят:ГХФ = 8:1. Реакционную смесь кипятят 9 часов, после чего охлаждают, отфильтровывают от образовавшегося осадка и отгоняют ТГФ на роторном испарителе.  Образующиеся формилфеноксициклотрифосфазены кипятят в хлороформе, отфильтровывают, частично отгоняют хлороформ, к образовавшемуся концентрированному раствору добавляют этанол и оставляют на воздухе до образования кристаллов продукта.
Образовавшиеся формилфеноксициклотрифосфазены окислением перманганатом калия в щелочной среде в течение 30 ч переводят в карбоксилфеноксициклотрифосфазены, которые осаждают концентрированной соляной кислотой.
31
1
Для синтеза метакриловых карбоксилсодержащих производных арилоксициклофосфазенов к раствору карбоксилфеноксициклотрифосфазена в диметилсульфоксиде добавляют необходимое количество глицидилметакрилата и ведут реакцию при перемешивании и 100ºС в течение 24 часов, осаждают реакционную смесь в изопропиловый спирт и сушат осадок в вакууме. Полученные продукты характеризуются  наличием сигналов ЯМР Р в области 6-10 м.д. (гексазамещенные трифосфазеновые циклы), и ЯМР H в области 5-7 м.д., отвечающих протонам двойной связи, и химических сдвигов в районе 3-5 м.д., характерных раскрытому в результате присоединения эпоксидному циклу. По данным лазерного масс-спектра (MALDI-TOF) в синтезированных метакриловых карбоксилсодержащих фосфазенах содержатся соединения с 1-5 присоединенными остатками ГМА на молекулу фосфазена. Кислотные и бромные числа равны 150 мг КОН/г и 49 г Br/100г соответственно.
Испытания образцов стоматологической полимерной композиции заявленного состава показали, что разработанный материал обладает повышенными прочностными и адгезионными показателями и проявляет стабильность свойств при хранении (таблица 1).
Таблица 1 − Физико-механические  характеристики модифицированных наполненных полимерных композиций на основе Бис-ГМА/ТГМ-3 (3/2)
Модификатор
Ко-во моди-фикатора, масс. % от связу-ющего
Физико-химические характеристики
Адгезия, МПа
Разрушающее напряжение, МПа
к тканям зуба
к металлу
при сжатии
при изгибе
Требования ГОСТ Р 51202-98
не менее 7
не менее 5
не менее 170
не менее 50
отсутствует
0
2,5±0,1
1,7±0,1
290,0±5,2
96,4±2,8
Прототип
3.75
не уста-новлено
не уста-новлено
430
140
Карбоксил-содержащее метакриловое производное арилоксицикло-фосфазена
3
6,5±0,2
6,3±0,1
310,0±4,2
105,1±2,5
5
10,8±0,1
7,0±0,2
320,0±4,0
110,0±3,0
7
14,8±0,2
8,6±0,1
330,0±3,5
112,4±2,6
10
18,9±0,3
9,8±0,2
329,0±4,1
113,4±3,5