一种抗菌补牙材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及医用高分子技术领域，特别涉及一种抗菌补牙材料及其制备方法。


背景技术：

2.龋齿又称虫牙或蛀牙，严重时甚至能引起牙槽骨和颌骨炎症。如不及时治疗，病变继续发展，形成龋洞，终至牙冠完全破坏消失。治疗龋齿的方法主要是充填，目前在临床上使用最多的是复合树脂材料，树脂材料的美观性非常好，接近于人体牙齿的正常颜色。但补牙复合树脂也存在一些问题，比如说容易过敏、抗压及耐磨性较差，固化时收缩率大，导致缝隙、耐热不好、不好消毒等，影响了其在牙科材料领域的发展，并且在使用过程中，容易粘附细菌及真菌，导致口腔内局部菌群失调，而引起一些口腔疾病。
3.申请号为201610141807.6的专利公开了一种牙科用窝沟封闭剂及其制备方法，用纳米氧化锆醇溶液与树脂单体共混、溶剂去除的方法制备窝沟封闭剂，能使纳米填料在树脂单体中分散更均匀，在不影响产品流动性的情况下能大大增加纳米填料的含量，从而增强产品的机械强度，降低聚合收缩率。
4.申请号为200480043765.8的专利公开了一种牙科填充材料，包括核心材料以及包裹着核心材料的外层材料，两种材料都含有热塑性聚合体。该组合物还包括其他聚合树脂、填充物、增塑剂和普遍应用于补牙材料的其他添加物。填充材料用于根管的填充。提供了优良的根管封闭和填充。用来封闭和填充根管的材料构成了与根管壁结合的单块材料，来减少或排除细菌向根管的渗入。
5.但上述现有技术中仅对如何防止细菌进入进行了研究，并未对补牙材料的抗菌性进行研究，因此寻找一种强度高、抗菌性好的补牙材料成为研究的重点。


技术实现要素：

6.为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种抗菌补牙材料及其制备方法，通过将异佛尔酮二异氰酸酯与双酚a结合，并进一步与柔性的丙烯酸羟丙酯结合，形成软硬段兼备的高分子链，使其在保持良好柔韧性的同时还能够具有较高的强度，并在制备过程中加入ag-tio2抗菌填料，既使得制备的复合材料具有抗菌作用，又能够提高材料的机械强度。
7.本发明解决上述问题的技术方案如下：
8.一种抗菌补牙材料，由以下重量份数的原料制得：复合树脂65-85份，抗菌填料15-24份，光引发剂2-6份，交联剂3-5份和溶剂30-50份；
9.所述复合树脂由改性丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯按重量比1：1-1.3：1-1.5混合而成；
10.所述改性丙烯酸羟丙酯的结构式为：
[0011][0012]
本发明具有如下有益效果：
[0013]
1.在制备纳米tio2的过程中加入醋酸银，加热使得醋酸银发生热分解，得到ag-tio2抗菌填料，既能持久的具备杀菌效果，又能克服tio2在没有光的地方无法产生抗菌性能的缺点。
[0014]
2.将异佛尔酮二异氰酸酯与双酚a结合，并进一步与柔性的丙烯酸羟丙酯分子链结合，形成软硬段兼备的高分子链，使其在保持良好柔韧性的同时还能够具有较高的强度；
[0015]
3.改性丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯在交联剂的作用下，相互交联，形成三维网状立体结构，三维空间立体结构的形成使得材料具有一定的强度，降低树脂体积收缩率。
[0016]
4.制备过程中，加入的ag-tio2抗菌填料颗粒被限定在形成的三维网状立体结构中，能够较好的维持立体的三维空间网状结构，起到支撑作用，减少形变。
具体实施方式
[0017]
下面将结合本技术实施例，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0018]
实施例1
[0019]
一种抗菌补牙材料，由以下重量份数的原料制得：复合树脂65份，抗菌填料15份，光引发剂2份，交联剂3份和溶剂30份；
[0020]
其中，复合树脂由改性丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯按重量比1：1：1混合而成；
[0021]
其中，改性丙烯酸羟丙酯的结构式为：
[0022][0023]
其中，光引发剂为4-二甲胺基-苯甲酸乙酯，交联剂为过氧化二异丙苯，溶剂为二甲基甲酰胺；
[0024]
其中，抗菌填料的制备方法为：将20重量份钛酸四丁酯加入至100重量份异丙醇中，室温下强力搅拌20min，向其中滴加浓硝酸调节溶液ph＝3，即为溶液a；将15重量份蒸馏水与20重量份异丙醇混合，搅拌10min，得到溶液b；在剧烈搅拌下，用恒压漏斗逐滴将溶液b
加入到溶液a中，搅拌2h后向其中加入18重量份醋酸银，加热至75℃，搅拌1.5h后，陈化2h，在450℃下煅烧2.5h，得到ag-tio2抗菌填料。
[0025]
其中，改性丙烯酸羟丙酯的制备方法为：以四氢呋喃为溶剂，在30重量份四氢呋喃溶液中加入25重量份异佛尔酮二异氰酸酯和3重量份催化剂二月桂酸二丁基锡，以氮气气氛作为惰性气氛，在氮气气氛保护下加热至55℃，搅拌均匀，将25重量份双酚a溶于15重量份四氢呋喃溶液后与上述溶液混合，继续搅拌反应4.5h，其反应过程如下：
[0026][0027]
再向其中加入25重量份丙烯酸羟丙酯，加热至50℃搅拌，反应5h反应结束，将反应结束的混合液缓慢倒入搅拌的石油醚溶液中，产生白色沉淀，过滤，干燥得到白色固体粉末，即为改性丙烯酸羟丙酯，反应过程如下：
[0028][0029]
一种抗菌补牙材料的制备方法，在密闭无光搅拌器中加入65重量份复合树脂、3重量份交联剂和30重量份溶剂，恒温至55℃，搅拌均匀，边搅拌边加入15重量份抗菌填料和2重量份光引发剂，超声分散20min，再继续混合3h，通过真空排气，真空包装得到膏状抗菌补牙材料。
[0030]
实施例2
[0031]
一种抗菌补牙材料，由以下重量份数的原料制得：复合树脂85份，抗菌填料24份，光引发剂6份，交联剂5份和溶剂50份；
[0032]
其中，复合树脂由改性丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯按重量比1：1.3：1.5混合而成；
[0033]
其中，光引发剂为4-二甲胺基-苯甲酸乙酯，交联剂为过氧化二异丙苯，溶剂为二甲基甲酰胺；
[0034]
其中，抗菌填料的制备方法为：将28重量份钛酸四丁酯加入至140重量份异丙醇中，室温下强力搅拌30min，向其中滴加浓硝酸调节溶液ph＝3，即为溶液a；将23重量份蒸馏水与28重量份异丙醇混合，搅拌20min，得到溶液b；在剧烈搅拌下，用恒压漏斗逐滴将溶液b加入到溶液a中，搅拌3h后向其中加入22重量份醋酸银，加热至80℃，搅拌2.5h后，陈化3h，在500℃下煅烧3h，得到ag-tio2抗菌填料。
[0035]
其中，改性丙烯酸羟丙酯的制备方法为：在35重量份四氢呋喃溶液中加入30重量份异佛尔酮二异氰酸酯和8重量份二月桂酸二丁基锡，在氮气气氛保护下加热至65℃，搅拌均匀，将30重量份双酚a溶于20重量份四氢呋喃溶液后与上述溶液混合，继续搅拌反应6.5h；再向其中加入30重量份丙烯酸羟丙酯，加热至60℃搅拌，反应6h反应结束，将反应结束的混合液缓慢倒入搅拌的石油醚溶液中，产生白色沉淀，过滤，干燥得到白色固体粉末，即为改性丙烯酸羟丙酯。
[0036]
一种抗菌补牙材料的制备方法，在密闭无光搅拌器中加入85重量份复合树脂、5重量份交联剂和50重量份溶剂，恒温至55℃，搅拌均匀，边搅拌边加入24重量份抗菌填料和6重量份光引发剂，超声分散30min，再继续混合5h，通过真空排气，真空包装得到膏状抗菌补牙材料。
[0037]
实施例3
[0038]
一种抗菌补牙材料，由以下重量份数的原料制得：复合树脂75份，抗菌填料20份，光引发剂4份，交联剂4份和溶剂45份；
[0039]
其中，复合树脂由改性丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯按重量比1：1.1：1.2混合而成；
[0040]
其中，光引发剂为4-二甲胺基-苯甲酸乙酯，交联剂为过氧化二异丙苯，溶剂为二甲基甲酰胺；
[0041]
其中，抗菌填料的制备方法为：将25重量份钛酸四丁酯加入至120重量份异丙醇中，室温下强力搅拌25min，向其中滴加浓硝酸调节溶液ph＝3，即为溶液a；将18重量份蒸馏水与25重量份异丙醇混合，搅拌15min，得到溶液b；在剧烈搅拌下，用恒压漏斗逐滴将溶液b加入到溶液a中，搅拌2.5h后向其中加入20重量份醋酸银，加热至75℃，搅拌2h后，陈化2.5h，在500℃下煅烧2.5h，得到ag-tio2抗菌填料。
[0042]
其中，改性丙烯酸羟丙酯的制备方法为：在32重量份四氢呋喃溶液中加入28重量份异佛尔酮二异氰酸酯和5重量份二月桂酸二丁基锡，在氮气气氛保护下加热至60℃，搅拌均匀，将28重量份双酚a溶于16重量份四氢呋喃溶液后与上述溶液混合，继续搅拌反应5h；再向其中加入28重量份丙烯酸羟丙酯，加热至55℃搅拌，反应5.5h反应结束，将反应结束的混合液缓慢倒入搅拌的石油醚溶液中，产生白色沉淀，过滤，干燥得到白色固体粉末，即为改性丙烯酸羟丙酯。
[0043]
一种抗菌补牙材料的制备方法，在密闭无光搅拌器中加入75重量份复合树脂、4重量份交联剂和45重量份溶剂，恒温至55℃，搅拌均匀，边搅拌边加入20重量份抗菌填料和4
重量份光引发剂，超声分散25min，再继续混合4h，通过真空排气，真空包装得到膏状抗菌补牙材料。
[0044]
实施例4
[0045]
一种抗菌补牙材料，由以下重量份数的原料制得：复合树脂75份，抗菌填料20份，光引发剂4份，交联剂4份和溶剂45份；
[0046]
其中，复合树脂由改性丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯按重量比1：1.1：1.2混合而成；
[0047]
其中，光引发剂为4-甲基二苯甲酮，交联剂为过氧化二异丙苯和过氧化苯甲酰按重量比1:1混合而成，溶剂为二甲基甲酰胺；
[0048]
其中，抗菌填料的制备方法为：将25重量份钛酸四丁酯加入至120重量份异丙醇中，室温下强力搅拌25min，向其中滴加浓硝酸调节溶液ph＝3，即为溶液a；将18重量份蒸馏水与25重量份异丙醇混合，搅拌15min，得到溶液b；在剧烈搅拌下，用恒压漏斗逐滴将溶液b加入到溶液a中，搅拌2.5h后向其中加入20重量份醋酸银，加热至75℃，搅拌2h后，陈化2.5h，在500℃下煅烧2.5h，得到ag-tio2抗菌填料。
[0049]
其中，改性丙烯酸羟丙酯的制备方法为：在32重量份四氢呋喃溶液中加入28重量份异佛尔酮二异氰酸酯和5重量份二月桂酸二丁基锡，在氮气气氛保护下加热至60℃，搅拌均匀，将28重量份双酚a溶于16重量份四氢呋喃溶液后与上述溶液混合，继续搅拌反应5h；再向其中加入28重量份丙烯酸羟丙酯，加热至55℃搅拌，反应5.5h反应结束，将反应结束的混合液缓慢倒入搅拌的石油醚溶液中，产生白色沉淀，过滤，干燥得到白色固体粉末，即为改性丙烯酸羟丙酯。
[0050]
一种抗菌补牙材料的制备方法，在密闭无光搅拌器中加入75重量份复合树脂、4重量份交联剂和45重量份溶剂，恒温至55℃，搅拌均匀，边搅拌边加入20重量份抗菌填料和4重量份光引发剂，超声分散25min，再继续混合4h，通过真空排气，真空包装得到膏状抗菌补牙材料。
[0051]
对比例1
[0052]
与实施例3相比，在制备过程中不添加抗菌填料，其余条件不变。
[0053]
一种补牙材料，由以下重量份数的原料制得：复合树脂75份，光引发剂4份，交联剂4份和溶剂45份；
[0054]
其中，复合树脂由改性丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯按重量比1：1.1：1.2混合而成；
[0055]
其中，光引发剂为4-二甲胺基-苯甲酸乙酯，交联剂为过氧化二异丙苯，溶剂为二甲基甲酰胺；
[0056]
其中，改性丙烯酸羟丙酯的制备方法为：在32重量份四氢呋喃溶液中加入28重量份异佛尔酮二异氰酸酯和5重量份二月桂酸二丁基锡，在氮气气氛保护下加热至60℃，搅拌均匀，将28重量份双酚a溶于16重量份四氢呋喃溶液后与上述溶液混合，继续搅拌反应5h；再向其中加入28重量份丙烯酸羟丙酯，加热至55℃搅拌，反应5.5h反应结束，将反应结束的混合液缓慢倒入搅拌的石油醚溶液中，产生白色沉淀，过滤，干燥得到白色固体粉末，即为改性丙烯酸羟丙酯。
[0057]
一种补牙材料的制备方法，在密闭无光搅拌器中加入75重量份复合树脂、4重量份
交联剂和45重量份溶剂，恒温至55℃，搅拌均匀，边搅拌边加入4重量份光引发剂，超声分散25min，再继续混合4h，通过真空排气，真空包装得到膏状抗菌补牙材料。
[0058]
对比例2
[0059]
与实施例3相比，在制备过程中不对丙烯酸羟丙酯进行改性，其余条件不变。
[0060]
一种抗菌补牙材料，由以下重量份数的原料制得：复合树脂75份，抗菌填料20份，光引发剂4份，交联剂4份和溶剂45份；
[0061]
其中，复合树脂由丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯按重量比1：1.1：1.2混合而成；
[0062]
其中，光引发剂为4-二甲胺基-苯甲酸乙酯，交联剂为过氧化二异丙苯，溶剂为二甲基甲酰胺；
[0063]
其中，抗菌填料的制备方法为：将25重量份钛酸四丁酯加入至120重量份异丙醇中，室温下强力搅拌25min，向其中滴加浓硝酸调节溶液ph＝3，即为溶液a；将18重量份蒸馏水与25重量份异丙醇混合，搅拌15min，得到溶液b；在剧烈搅拌下，用恒压漏斗逐滴将溶液b加入到溶液a中，搅拌2.5h后向其中加入20重量份醋酸银，加热至75℃，搅拌2h后，陈化2.5h，在500℃下煅烧2.5h，得到ag-tio2抗菌填料。
[0064]
一种抗菌补牙材料的制备方法，在密闭无光搅拌器中加入75重量份复合树脂、4重量份交联剂和45重量份溶剂，恒温至55℃，搅拌均匀，边搅拌边加入20重量份抗菌填料和4重量份光引发剂，超声分散25min，再继续混合4h，通过真空排气，真空包装得到膏状抗菌补牙材料。
[0065]
相关性能测试：
[0066]
体积收缩率检测：首先采用比重瓶法测试固化前密度，称量5ml比重瓶质量m0，注满蒸馏水称其重量m1，将蒸馏水去除注入本技术制备的抗菌补牙材料并称其重量m2，根据公式计算固化前的相对密度ρ
前
＝(m
2-m0)/(m
1-m0)
×
ρ
水
×
100％，将制备的材料放入直径4mm、高2mm的金属模具中，制备圆柱形试件，称其质量m3,5ml比重瓶注满蒸馏水，称其质量为m4，再将样品放入注满水的瓶中称其质量为m5，根据公式计算固化后密度ρ
后
＝m3×
ρ
水
/(m3 m4－m5)
×
100％。体积收缩率δv＝1－ρ
前
/ρ
后
×
100％。
[0067]
挠度强度和弹性模量检测：将制备的抗菌补牙材料加入2mm
×
2mm
×
25mm的金属模具中制作试件，用可见光固化灯照射固化试件，从左向右重叠照射5个点，每个点光照40s充分固化，再将试件存放在37℃蒸馏水中，避光保存24h。按照标准的iso方法，采用万能试验机随试件进行三点弯曲实验检测挠曲强度和弹性模量。
[0068]
维氏硬度检测：将制备的抗菌补牙材料放入直径6mm，高2mm的模具中，制备圆柱形试件，采用可见光固化灯照射20s，将试件存放在37℃蒸馏水中避光保存24h，采用维氏硬度仪对试件的表面硬度进行测试，加载力980mn，持续加载10s，直接记录数显硬度值，每一试件测试3次，取其平均值。
[0069]
测试数据如表1所示。
[0070]
表1
[0071][0072]
抗菌性能测试：
[0073]
抗菌率检测：将制备的抗菌补牙材料放入直径10mm、高2mm的模具中，制备成相应试件，进行紫外线灭菌处理后浸泡于无菌人工唾液中，放入无菌恒温箱中备用；取白色念珠菌冻干菌试管，无菌条件下加入沙氏培养液，使菌体完全溶于培养液中，用微量加样器取2ml菌悬液接种到沙氏培养液中，37℃恒温培养24小时，用接种环取培养后的菌悬液，在沙堡氏琼脂培养基上划线接种，在37℃培养箱中恒温培养24h，取转接后的新鲜细菌培养物用于测试；用麦氏比浊法将传代的白色念珠菌制备浓度为1
×
105cuf
·
ml-1
的菌悬液，备用；将处理后的试件放在无菌玻璃皿中，用微量加样器取0.1ml配制好的菌悬液分别滴加在每一个试件的表面，将消毒过的pe膜覆盖在试样表面，37℃恒温培养24h后，取10ml无菌生理盐水加入到每个平板中，在振荡器上经过1min的剧烈振荡，以10倍递增法将洗脱液稀释至1
×
10-2
，然后分别取100ul接种于固体培养基上，需氧培养24小时，计数细菌个数，实验重复3次，结果取平均值。
[0074]
抗菌长效性检测：取2ml消毒后的人工唾液浸泡上述灭菌后的试件，所有试样均在37℃恒温水浴箱中经过3个月的老化处理，人工唾液每天更换一次。抗菌效率测试同上述实验。
[0075]
测试数据如表2所示。
[0076]
表2
[0077][0078]
由表1和表2数据分析可知，本发明制备的抗菌补牙材料有效的降低了树脂体积收缩率，具有较好的机械强度且抗菌性能良好，通过对比对比例2和实施例3的机械性能测试数据发现，改性后的丙烯酸羟丙酯能够进一步增强材料的机械性能，降低树脂的而体积收缩率。同时抗菌填料的加入也进一步提高了复合材料的机械性能，通过对比例1和实施例1-4抗菌测试数据分析对比发现，本发明制备补牙材料具有良好的抗菌性能。
[0079]
由于银带正电荷而细胞膜带负电荷，在库仑力的作用下，ag

与微生物细胞膜牢固的结合在一起，与细胞机体中的酶蛋白反应，破坏了酶的活性，导致细胞代谢障碍，最终细菌死亡。由于银系抗菌剂在银离子初期释放量大，后期释放不足。光催化类tio2抗菌剂在紫外光照射下灭菌效果良好，且见效快、抗菌持久、安全性高。但tio2抗菌剂需局限在光照条件下，因此严重限制了其在无光处的应用。在本发明中，在制备纳米tio2的过程中加入醋酸银，在一定温度下使得醋酸银发生热分解，制备得到ag-tio2抗菌填料，该抗菌填料既能持久的具备杀菌效果，又能克服tio2在没有光的地方无法产生抗菌性能的缺点。通过测试数据对比分析也表明本发明制备的ag-tio2抗菌填料具有良好的抗菌效果。
[0080]
同时为了提高材料的机械性能，在本发明中将异佛尔酮二异氰酸酯与双酚a结合，由于双酚a具有两个苯环结构，异佛尔酮二异氰酸酯存在环状结构，在苯环、环状结构的存在下，分子链在空间上难以旋转，能够有效的增强材料的强度，并进一步与柔性的丙烯酸羟丙酯分子链结合，形成软硬段兼备的高分子链，使其在保持良好柔韧性的同时还能够具有较高的强度。
[0081]
在制备过程中，改性丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯和三乙二醇二甲基丙烯酸酯在交联剂的作用下，相互交联，形成三维网状立体结构，三维空间立体结构的形成使得材料具有一定的强度，降低树脂体积收缩率。同时制备的ag-tio2抗菌填料在混合过程中，部分ag-tio2颗粒被限定在形成的三维网状立体结构中，由于ag-tio2颗粒强度高、耐磨性好，当受到外界压力时，处于三维空间立体结构中的ag-tio2颗粒对其产生支撑作用，从而能够防止形成的三维空间立体结构发生形变。另外，在聚合物自身发生收缩时同样能够起到支撑作用，减少形变。通过对比分析测试数据，可以看出ag-tio2抗菌填料的加入能够有效的增强材料的强度和硬度，使得复合材料的机械性能进一步增强。
[0082]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实
体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0083]
尽管已经示出和描述了本技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。