ES2222931T3 - Sistema fotoiniciador con iniciadores de titanoceno. - Google Patents

Sistema fotoiniciador con iniciadores de titanoceno.

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ES2222931T3
ES2222931T3 ES00983115T ES00983115T ES2222931T3 ES 2222931 T3 ES2222931 T3 ES 2222931T3 ES 00983115 T ES00983115 T ES 00983115T ES 00983115 T ES00983115 T ES 00983115T ES 2222931 T3 ES2222931 T3 ES 2222931T3
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Abstract

Una composición dental curable por luz visible de longitud de onda 400-700 nm que comprende:a) al menos una sal de arilyodonio, b) al menos un derivado de titanoceno, y c) al menos un compuesto o resina epoxi polimerizable catiónicamente.

Description

Sistema fotoiniciador con iniciadores de titanoceno.
Campo de la invención
Esta invención se refiere a composiciones dentales curables por luz visible (400-700 nm) que comprenden una sal de arilyodonio y un derivado de titanoceno, y un compuesto o resina epoxi catiónicamente polimerizable.
Antecedentes de la invención
Los compuestos epoxídicos se han curado previamente por diversos sistemas iniciadores catiónicos. La Patente U.S. No. 4.256.828 describe composiciones fotocopolimerizables que contienen epóxidos, material orgánico con funcionalidad hidroxilo y una sal aromática fotosensible de sulfonio o yodonio de un ion complejo que contiene halógeno. Esta Patente describe también sustratos recubiertos. La Patente U.S. No. 4.250.053 describe sistemas fotoiniciadores sensibilizados de sal aromática de yodonio o sal aromática de sulfonio para reacciones catiónicas. La Patente U.S. No. 4.026.705 describe composiciones epoxídicas que pueden curarse con energía radiante visible basadas en el uso de ciertos colorantes orgánicos en combinación con sales de diarilhalonio. Se ha descrito también la polimerización catiónica de diversos compuestos orgánicos olefínicos y cíclicos así como compuestos cíclicos organosilícicos. El documento WO 95/30402 describe sistemas de sales de yodonio y sal de ferrocenio para curado de epóxidos por luz visible. La Patente U.S. No. 5.856.373 describe sistemas de sales de yodonio y sensibilizadores por luz visible que producen un curado suficiente en presencia de materiales que contienen hidroxilo.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona una composición dental curable por luz visible (400-700 nm) que comprende a) una sal de arilyodonio y b) un compuesto de titanoceno, y c) un compuesto epoxídico catiónicamente polimerizable (como un monómero) o resina.
Descripción detallada
Sorprendentemente, se ha encontrado que las composiciones fotoiniciadoras de la presente invención pueden utilizarse como fotoiniciadoras para sistemas que comprenden una resina epoxi polimerizable catiónicamente: tales sistemas pueden curarse utilizando técnicas de curado por luz visible. Los iniciadores previos proporcionaban curado rápido únicamente para muestras delgadas de resina de base epoxídica, tales como las utilizadas en tecnologías de recubrimientos y películas. Además, se requerían previamente fuentes potentes y potencialmente peligrosas de radiación UV para conseguir la polimerización en una profundidad significativa. Utilizando fuentes de luz visible, la presente invención alcanza una profundidad aumentada del curado en un tiempo sorprendentemente corto, por lo que puede utilizarse ahora un equipo más seguro y menos costoso para curar resinas epoxi hasta espesores no alcanzables previamente. Adicionalmente, la nueva combinación iniciadora de sales de arilyodonio y derivados de titanoceno es nueva, muy eficiente y no depende del uso de compuestos que contengan grupos hidroxilo descritos en la Patente U.S. No. 5.856.373 que produce cantidades indeseablemente altas de sorción de agua cuando se utiliza en condiciones húmedas.
Los sistemas fotoiniciadores y las composiciones fotopolimerizables de la invención son sensibles a la luz visible, y experimentan fotocurado rápidamente, sin empleo de calor, para dar polímeros que tienen propiedades deseables. Para los propósitos de la presente invención, la luz visible se define como luz que tiene una longitud de onda comprendida entre 400 y 700 nanómetros. La fotopolimerización de las composiciones de la invención ocurre por exposición de las proporciones a cualquier fuente de radiación que emita radiación actínica a una longitud de onda comprendida dentro de la región espectral visible. Las exposiciones pueden ser desde menos de aproximadamente 1 segundo hasta 10 minutos o más, dependiendo de las cantidades y los componentes particulares de las composiciones utilizadas y dependiendo de la fuente de radiación y la distancia desde la fuente, así como del espesor de la composición a curar. Las composiciones de la invención son composiciones estables constituidas por una sola parte, que tienen una vida útil muy satisfactoria y buena estabilidad térmica.
Las resinas epoxi catiónicamente polimerizables útiles en las composiciones de la invención comprenden compuestos orgánicos que tienen un anillo de oxirano, es decir,
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polimerizable por apertura del anillo. Tales materiales, denominados generalmente epóxidos, incluyen compuestos epoxídicos monómeros y epóxidos de tipo polímero, y pueden ser alifáticos, cicloalifáticos, aromáticos o heterocíclicos. Estos materiales tienen generalmente, como promedio, al menos 1 grupo epóxido polimerizable por molécula, y con preferencia al menos aproximadamente 1,5 grupos epóxido polimerizables por molécula. Los epóxidos polímeros incluyen polímeros lineales que tienen grupos epóxido terminales (v.g., un diglicidil-éter de un polioxialquilenglicol), polímeros que tienen unidades oxirano en el esqueleto (v.g., polibutadieno-poliepóxido), y polímeros que tienen grupos epóxido colgantes (v.g., un polímero o copolímero de metacrilato de glicidilo). Los epóxidos pueden ser compuestos puros o pueden ser mezclas que contengan uno, dos, o más grupos epóxido por molécula. El número "medio" de grupos epóxido por molécula se determina dividiendo el número total de grupos epóxido en el material que contiene epóxido por el número total de moléculas epoxídicas presentes.
Estos materiales que contienen epóxido pueden variar desde materiales monómeros de peso molecular bajo hasta polímeros de peso molecular alto y pueden variar notablemente en la naturaleza de su cadena principal y sus grupos sustituyentes. Por ejemplo, la cadena principal puede ser de cualquier tipo y los grupos sustituyentes en la misma pueden ser cualquier grupo que no interfiera sustancialmente con el curado catiónico a la temperatura ambiente. Ilustrativos de grupos sustituyentes permisibles incluyen halógenos, grupos éster, éteres, grupos sulfonato, grupos siloxano, grupos nitro, grupos fosfato, y análogos. El peso molecular de los materiales que contienen epóxido puede variar desde aproximadamente 58 a aproximadamente 100.000 o más.
Materiales útiles que contienen epóxido incluyen aquéllos que contienen grupos óxido de ciclohexeno tales como los epoxiciclohexanocarboxilatos, tipificados por 3,4-epoxiciclohexilmetil-3,4-epoxiciclohexanocarboxilato, 3,4-epoxi-2-metilciclohexilmetil-3,4-epoxi-2-metilciclo-hexano-carboxilato, y adipato de bis(3,4-epoxi-6-metil-ciclohexilmetilo). Para una lista más detallada de epóxidos útiles de esta naturaleza, se hace referencia a la Patente U.S. No. 3.117.099, que se incorpora en esta memoria por referencia.
Otros materiales que contienen epóxido que son particularmente útiles en la práctica de esta invención incluyen monómeros de glicidil-éter de la fórmula
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donde R' es alquilo, especialmente alquilo C_{1}-C_{6}, o arilo y n es un número entero de 1 a 6. Ejemplos son glicidil-éteres de fenoles polivalentes obtenidos por reacción de un fenol polivalente con un exceso de clorhidrina tal como epiclorhidrina (v.g., el diglicidil-éter de 2,2-bis-(2,3-epoxipropoxifenol)-propano). Ejemplos adicionales de epóxidos de este tipo que pueden utilizarse en la práctica de esta invención se describen en la Patente U.S. No. 3.018.262, que se incorpora en esta memoria por referencia, y en "Handbook of Epoxy Resins" por Lee y Neville, McGraw-Hill Book Co., Nueva York (1967).
Existe un gran número de resinas epoxi disponibles comercialmente que pueden utilizarse en esta invención. En particular, epóxidos que están disponibles fácilmente incluyen óxido de octadecileno, epiclorhidrina, óxido de estireno, óxido de vinil-ciclohexeno, glicidol, metacrilato de glicidilo, diglicidil-éter de Bisfenol A (v.g., los disponibles bajo la designaciones comerciales "Epon 828", "Epon 825", "Epon 1004" y "Epon 1010" de Shell Chemical Co., "DER-331", "DER-332", y "DER-334", de Dow Chemical Co.), dióxido de vinilciclohexeno (v.g., "ERL-4206" de Union Carbide Corp.), 3,4-epoxiciclohexilmetil-3,4-epoxiciclohexeno-carboxilato (v.g., "ERL-4221" o "UV R 6110" o "UV R 6105" de Union Carbide Corp.), 3,4-epoxi-6-metilciclohexilmetil-3,4-epoxi-6-metil-ciclohexeno-carbo-xilato (v.g., "ERL-4201" de Union Carbide Corp.), adipato de bis(3,4-epoxi-6-metilciclohexilmetilo) (v.g., "ERL-4289" de Union Carbide Corp.), bis(2,3-epoxiciclopentil)-éter (v.g., "ERL-0400" de Union Carbide Corp.), epóxido alifático modificado con polipropilen-glicol (v.g., "ERL-4050" y "ERL-4052" de Union Carbide Corp.), dióxido de dipenteno (v.g., "ERL-4269" de Union Carbide Corp.), polibutadieno epoxidado (v.g., "Oxiron 2001" de FMC Corp.), resina de silicona que contiene funcionalidad epoxi, resinas epoxi resistentes al fuego (v.g., "DER-580", una resina epoxi de tipo bisfenol bromada disponible de Dow Chemical Co.), 1,4-butanodiol-diglicidil-éter de novolaca de fenolformaldehído (v.g., "DEN-431" y "DEN-438" de Dow Chemical Co.), y resorcinol-diglicidil-éter (v.g., "Kopoxite" de Koppers Company, Inc.), adipato de bis(3,4-epoxiciclohexilo) (v.g., "ERL-4299" o "UV R-6128" de Union Carbide Corp.), 2-(3,4-epoxiciclohexil-5,5-espiro-3,4-epoxi)-ciclohexano-meta-dioxano (v.g., "ERL-4234" de Union Carbide Corp.), monóxido de vinilciclohexeno (de Union Carbide Corp.), 1,2-epoxihexadecano (v.g., "UV R-6126" de Union Carbide Corp.), alquil-glicidil-éteres tales como alquilC_{8-10}-glicidil-éter (v.g., "HELOXY Modifier 7" de Shell Chemical Co.), alquil-C_{12-14}-glicidil-éter (v.g., "HELOXY Modifier 8" de Shell Chemical Co.), butil-glicidil-éter (v.g., "HELOXY Modifier 61" de Shell Chemical Co.), cresil-glicidil-éter (v.g., "HELOXY Modifier 62" de Shell Chemical Co.), p-terc-butilfenil-glicidil-éter (v.g., "HELOXY Modifier 65" de Shell Chemical Co.), glicidil-éteres polifuncionales tales como diglicidil-éter de 1,4-butanodiol (v.g., "HELOXY Modifier 67" de Shell Chemical Co.), diglicidil-éter de neopentil-glicol (v.g., "HELOXY Modifier 68" de Shell Chemical Co.), diglicidil-éter de ciclohexanodimetanol (v.g., "HELOXY Modifier 107" de Shell Chemical Co.), trimetilol-etano-triglicidil-éter (v.g., "HELOXY Modifier 44" de Shell Chemical Co.), trimetilol-propano- triglicidil-éter (v.g., "HELOXY Modifier 48" de Shell Chemical Co.), poliglicidil-éter de un poliol alifático (v.g., "HELOXY Modifier 84" de Shell Chemical Co.), diepóxido de poliglicol (v.g., "HELOXY Modifier 32" de Shell Chemical Co.), epóxidos de bisfenol F (v.g., "EPN-1138" o "GY-281" de Ciba-Geigy Corp.), y 9,9-bis>4-(2,3-epoxipropoxi)-fenil-fluorenona (v.g., "Epon-1079" de Shell Chemical Co.).
Otras resinas epoxi adicionales contienen copolímeros de ésteres de ácido acrílico o glicidol tales como acrilato de glicidilo y metacrilato de glicidilo con uno o más compuestos vinílicos copolimerizables. Ejemplos de tales copolímeros son estireno-metacrilato de glicidilo 1:1, metacrilato de metilo-acrilato de glicidilo 1:1 y un metacrilato de metilo-acrilato de etilo-metacrilato de glicidilo 62,5:24:13,5.
Otras resinas epoxi útiles son bien conocidas y contienen epóxidos tales como epiclorhidrinas, v.g., epiclorhidrina; óxidos de alquileno, v.g., óxido de propileno, óxido de estireno; óxidos de alquenilo, v.g., óxido de butadieno; glicidil-ésteres (v.g., glicidato de etilo).
Otras resinas epoxi útiles son siliconas con funcionalidad epoxi, especialmente grupos ciclohexilepoxi, y en especial aquéllos que tienen una cadena principal de silicona. Ejemplos son UV 9300, UV 9315, UV 9400, UV 9425, suministrados todos ellos por GE Bayer Silicones.
Las cantidades de los compuestos o resinas epoxídicos(as) catiónicamente polimerizables útiles en las composiciones fotopolimerizables de la invención pueden variar dentro de intervalos amplios. Cantidades preferidas son 40 a 99,98% en peso, cantidades más preferidas son 80 a 99,9% en peso y cantidades especialmente preferidas son 90 a 99% en peso de la composición fotopolimerizable.
Los polímeros de la resina epoxi pueden contener opcionalmente otras funcionalidades que no interfieran sustancialmente con el curado catiónico a la temperatura ambiente.
Mezclas de diversos materiales que contienen epóxido se contemplan particularmente en esta invención. Ejemplos de tales mezclas incluyen distribuciones de dos o más pesos moleculares de compuestos que contienen epóxido, tales como peso molecular bajo (inferior a 200), peso molecular intermedio (aproximadamente 200 a 10.000) y peso molecular mayor (superior a aproximadamente 10.000). Alternativa o adicionalmente, la resina epoxi puede contener una mezcla de materiales que contienen epóxido que tienen naturaleza química diferente, tal como alifática y aromática, o funcionalidad, tal como polar y no polar. Otros monómeros o polímeros catiónicamente polimerizables pueden incorporarse adicionalmente.
Pueden añadirse materiales que contienen hidroxilo, pero no son una realización necesaria de la invención. Si se utilizan los mismos, puede tratarse de cualquier material orgánico líquido o sólido que tenga funcionalidad hidroxilo.
Preferiblemente, el material que contiene hidroxilo contiene dos o más grupos hidroxilo alifáticos primarios o secundarios (es decir, el grupo hidroxilo está unido directamente a un átomo de carbono no aromático). El grupo hidroxilo puede estar situado en posición terminal, o puede ser colgante de un polímero o copolímero. El peso molecular del material orgánico que contiene hidroxilo puede variar desde muy bajo (v.g., 32) a muy alto (v.g., un millón o más). Materiales que contienen hidroxilo adecuados pueden tener pesos moleculares bajos, es decir desde aproximadamente 32 a 200, peso molecular intermedio, es decir desde aproximadamente 200 a 10.000, o peso molecular alto, es decir superior a aproximadamente 10.000. Tal como se utiliza en esta memoria, todos los pesos moleculares son pesos moleculares medios ponderales.
El material que contiene hidroxilo puede contener opcionalmente otras funcionalidades que no interfieran sustancialmente con el curado catiónico a la temperatura ambiente. Así, los materiales que contienen hidroxilo pueden ser opcionalmente de naturaleza no aromática o pueden comprender funcionalidad aromática. El material que contiene hidroxilo puede contener opcionalmente heteroátomos en la cadena principal de la molécula, tales como nitrógeno, oxígeno, azufre, y análogos, con tal que el material final que contiene hidroxilo no interfiera sustancialmente con el curado catiónico a la temperatura ambiente. El material que contiene hidroxilo puede, por ejemplo, seleccionarse de materiales celulósicos existentes en la naturaleza o preparados por síntesis. Por supuesto, el material que contiene hidroxilo está también sustancialmente exento de grupos que puedan ser térmica o fotolíticamente inestables; es decir, el material no se descompondrá o liberará compuestos volátiles a temperaturas inferiores a aproximadamente 100ºC o en presencia de luz actínica que pueda encontrarse durante las condiciones de curado deseadas para la composición fotocopolimerizable.
Ejemplos representativos de materiales que contienen hidroxilo adecuados que tienen una funcionalidad hidroxilo de 1 incluyen alcanoles, monoalquil-éteres de polioxi-alquilenglicoles, monoalquil-éteres de alquilen-glicoles, y otros conocidos en la técnica.
Ejemplos representativos de materiales orgánicos polihidroxilados monómeros útiles incluyen alquilen-glicoles (v.g., 1,2-etanodiol; 1,3-propanodiol; 1,4-butanodiol; 1,6-hexanodiol; 1,8-octanodiol; 2-etil-1,6-hexanodiol; bis(hidroximetil)ciclohexano; 1,18-dihidroxi-octadecano; 3-cloro-1,2-propanodiol); polihidroxialcanos (v.g., glicerina, tri-metiloletano, pentaeritritol, sorbitol) y otros compuestos polihidroxilados tales como N,N-bis(hidroxietil)benzamida; 2-butin-1,4-diol; 4,4'-bis(hidroximetil)difenilsulfona; aceite de ricino; y análogos.
Ejemplos representativos de materiales que contienen hidroxilo polímeros útiles incluyen polioxietilen- y polioxipropilen-glicoles, y particularmente los polioxietilen- y polioxipropilen-glicol-dioles y -trioles de pesos moleculares comprendidos entre aproximadamente 200 y aproximadamente 10.000, correspondientes a un peso equivalente de 100 a 5.000 para los dioles o 70 a 3.300 para los trioles; glicoles de politetrametileno-éter (politetrahidrofurano "poli-THF") de peso molecular variable; copolímeros de acrilatos y metacrilatos de hidroxipropilo e hidroxietilo con otros monómeros polimerizables por radicales libres tales como ésteres acrilato, haluros de vinilo, o estireno; copolímeros que contienen grupos hidroxi colgantes formados por hidrólisis o hidrólisis parcial de copolímeros de acetato de vinilo, resinas de polivinilacetal que contienen grupos hidroxilo colgantes; polímeros de celulosa modificados tales como celulosa hidroxietilada e hidroxipropilada; poliésteres terminados en hidroxi; polilactonas terminadas en hidroxi, y particularmente las policaprolactonas; polioxietilen- o polioxipropilen-glicoles fluorados; y polialcadienos terminados en hidroxi.
Materiales que contienen hidroxilo útiles disponibles comercialmente incluyen la serie "Terathane" (disponible de DuPont de Nemours) de politetrametileno-éter-glicoles tales como "Terathane" 650, 1000, 2000 y 2900; "PeP" (disponible de Wyandotte Chemicals Corporation) de polioxialquileno-tetraoles que tienen grupos hidroxilo secundarios tales como "PeP" 450, 550 y 650; la serie "Butvar" (disponible de Monsanto Chemical Company) de resinas de polivinilacetal tales como "Butvar" B-72A, B-73, B-76, B-90 y B-98; y "Formvar" 7/70, 12/85, 7/95S, 7/95E, 15/95S y 15/95E; la serie "Tone" (disponible de Union Carbide) de polioles de policaprolactona tales como "Tone" 0200, 0210, 0230, 0240, y 0300; "Paraplex U-148" (disponible de Rohm and Haas), y poliéster-diol alifático; la serie "Multron" R (disponible de Mobay Chemical Co.) de poliéster-polioles saturados tales como "Multron" R-2, R-12a, R-16, R-18, R-38, R-68 y R-74; "Klucel E" (disponible de Hercules Inc.), una celulosa hidroxipropilada que tienen un peso equivalente de aproximadamente 100; y "Alcohol Soluble Butyrate" (disponible de Eastman Kodak), un éster de acetato-butirato de celulosa que tiene un peso equivalente de hidroxilo de aproximadamente 400; poliéter-polioles tales como polipropileno-glicol-diol (v.g., "Arcol PPG-425", "Arcol PPG-725", "Arcol PPG-1025", "Arcol PPG-2025", "Arcol PPG-3025", "Arcol PPG-4025" de ARCO Chemical Co.); polipropileno-glicol-triol (v.g., "Arcol LT-28", "Arcol LHT-42", "Arcol LHT-112", "Arcol LHT-240", "Arcol LG-56", "Arcol LG-168", "Arcol LG-650", de ARCO Chemical Co.); polioxipropileno-triol- o -diol protegido terminalmente con óxido de etileno (v.g., "Arcol 11-27", "Arcol 11-34", "Arcol E-351", "Arcol E-452", "Arcol E-785", "Arcol E-786" de ARCO Chemical Co.); bisfenol A etoxilado; polioles basados en óxido de propileno u óxido de etileno (v.g., poliéter-polioles "Voranol" tales como "Voranol 230-056", "Voranol Serie 220", "Voranol Serie 230" y "Voranol Serie 240 ", de Dow Chemicals Co.).
La cantidad de material orgánico que contiene hidroxilo que puede utilizarse en las composiciones de la invención puede variar dentro de intervalos amplios, dependiendo de factores tales como la compatibilidad del material que contiene hidroxilo con el epóxido, el peso equivalente y la funcionalidad del material que contiene hidroxilo, las propiedades físicas deseadas en la composición curada final, la velocidad de fotocurado deseada, etcétera. Cantidades preferidas son hasta 20% en peso, y cantidades especialmente preferidas son 0,5 a 5% en peso de las composiciones fotopolimerizables.
Se contemplan también en esta invención mezclas de diversos materiales que contienen hidroxilo. Ejemplos de tales mezclas incluyen distribuciones de dos o más pesos moleculares de compuestos que contienen hidroxilo, tales como peso molecular bajo (inferior a 200), peso molecular intermedio (aproximadamente 200 a 10.000) y peso molecular más alto (superior a aproximadamente 10.000). Alternativa o adicionalmente, el material que contiene hidroxilo puede contener una mezcla de materiales que contienen hidroxilo que tienen naturaleza química, tal como alifática o aromática, o funcionalidad, tal como polar y no polar, diferente. Como un ejemplo adicional, se pueden utilizar mezclas de dos o más materiales hidroxilados polifuncionales o uno o más materiales hidroxilados monofuncionales con materiales hidroxilados polifuncionales.
Otras realizaciones preferidas de la presente invención son como se describe en las presentes reivindicaciones 5 y 6.
La composición fotopolimerizable (fotocurable) de la presente invención puede comprender adicionalmente un monómero o resina curable por radicales.
Tales monómeros o resinas curables por radicales pueden seleccionarse, por ejemplo, de acrilatos, derivados de vinil-benceno, derivados de alilo, y vinil-cetonas.
La adición de compuestos viniléter a la resina epoxi puede ser útil para acelerar el fotocurado o desencadenar las propiedades físicas deseadas de la composición curada final. Ejemplos de compuestos viniléter son Rapicure DVE-3 (trietilenglicoldiviniléter), Rapicure CHVE (1,4-ciclohexano-dimetanoldiviniléter) y Rapicure HBVE (butanodiolmonoviniléter), disponibles todos ellos de ISP Global Technologies Deutschland GmbH, Frechen, Alemania. La relación de compuestos o resinas epoxi a monómeros o resinas curables por radicales puede ser 10:90 a 90:10 basada en el peso de la mezcla de estos componentes.
Las sales complejas de yodonio aromáticas o sales de arilyodonio son de la fórmula:
3
donde Ar^{1} y Ar^{2} son grupos aromáticos que tienen 4 a 20 átomos de carbono y pueden, por ejemplo, seleccionarse del grupo constituido por grupos fenilo, tienilo, furanilo y pirazolilo; Z puede, por ejemplo, seleccionarse del grupo constituido por oxígeno; azufre;
4
donde R es arilo (de 6 a 20 carbonos, tal como fenilo) o acilo (de 2 a 20 carbonos, tal como acetilo, benzoílo, y análogos); un enlace carbono-carbono; o
5
donde R_{1} y R_{2} se seleccionan de hidrógeno, radicales alquilo de 1 a 4 carbonos, y radicales alquenilo de 2 a 4 carbonos; y n es cero o uno; y en donde X- es un anión complejo que contiene halógeno que puede, por ejemplo, seleccionarse de tetrafluoroborato, hexafluorofosfato, hexafluoroarseniato, y hexafluoroantimoniato.
Los cationes yodonio aromáticos son estables y son bien conocidos y reconocidosen la técnica. Véanse, por ejemplo, las Patentes U.S. Núms. 3.565.906; 3.712.920; 3.759.989, y 3.763.187; F. Beringer, et al., Diaryliodonium Salts IX, J. Am. Chem. Soc. 81, 342-51 (1959) y F. Beringer, et al., Diaryliodonium Salts XXII, J. Chem. Soc. 1964, 442-51; F. Beringer, et al., Iodonium Salts Containing Heterocyclic Iodine, J. Org. Chem. 30, 1141-8 (1965).
Grupos Ar^{1} y Ar^{2} representativos son grupos aromáticos que tienen 4 a 20 átomos de carbono seleccionados de grupos fenilo, tienilo, furanilo, y pirazolilo. Estos grupos aromáticos pueden tener opcionalmente uno o más anillos benzo condensados (v.g., naftilo y análogos; benzotienilo, dibenzotienilo; benzofuranilo, dibenzofuranilo; y análogos.). Tales grupos aromáticos pueden estar también sustituidos, en caso deseado, con uno o más de los grupos no básicos siguientes que son esencialmente no reactivos con epoxi-viniléter o hidroxi: halógeno, nitro, grupos N-arilamino, grupos éster (v.g., alcoxicarbonilo tal como metoxicarbonilo y etoxicarbonilo, fenoxi-carbonilo), grupos sulfo-éster (v.g., alcoxisulfonilo tal como metoxisulfonilo y butoxisulfonilo, fenoxisulfonilo, y análogos), grupos amido (v.g., acetamido, butiramido, etilsulfonamido, y análogos), grupos carbamilo (v.g., carbamilo, N-alquilcarbamilo, N-fenilcarbamilo, y análogos), grupos sulfamoilo (v.g., sulfamilo, N-alquilsulfamilo, N,N-dialquilsulfamilo, N-fenilsulfamilo, y análogos), grupos alcoxi (v.g., metoxi, etoxi, butoxi, y análogos), grupos arilo (v.g., fenilo), grupos alquilo (v.g., metilo, etilo, butilo, y análogos), grupos ariloxi (v.g., fenoxi), alquilsulfonilo (v.g., metilsulfonilo, etilsulfonilo, y análogos), grupos arilsulfonilo (v.g., grupos fenilsulfonilo, grupos perfluoroalquilo (v.g., trifluorometilo, perfluoroetilo y análogos), y grupos perfluoroalquilsulfonilo (v.g., trifluorometilsulfonilo, perfluorobutilsulfonilo, y análogos).
Ejemplos adecuados de fotoiniciadores aromáticos de sales complejas de yodonio incluyen: tetrafluoroborato de difenilyodonio; tetrafluoroborato de di(4-metilfenil)-yodonio; tetrafluoroborato de fenil-4-metilfenilyodonio; tetrafluoroborato de di(4-etilfenil)yodonio; hexafluorofosfato de di(3-nitrofenil)yodonio; hexafluorofosfato de di(4-clorofenil)yodonio; tetrafluoroborato de di(naftil)-yodonio; tetrafluoroborato de di(4-trifluorometilfenil)-yodonio; hexafluorofosfato de difenilyodonio; hexafluorofosfato de di(4-metilfenil)yodonio; hexafluoroarseniato de difenilyodonio; tetrafluoroborato de di(4-fenoxifenil)yodonio; hexafluorofosfato de fenil-2-tienilyodonio; hexafluorofosfato de 3,5-dimetilpirazolil-4-fenilyodonio; hexafluoroantimoniato de difenilyodonio; hexafluorofosfato de di(2,4-diclorofenil)yodonio; hexafluorofosfato de di(4-bromofenil)yodonio; hexafluorofosfato de di(4-metoxifenil)yodonio; hexafluorofosfato de di(3-carboxifenil)yodonio; hexafluorofosfato de di(3-metoxicarbonilfenil)yodonio; hexafluorofosfato de di(3-metoxisulfonilfenil)yodonio; hexafluorofosfato de di(4-acetamidofenil)yodonio y hexafluorofosfato de di(2-benzo-tienil)yodonio.
De las sales complejas aromáticas de yodonio que son adecuadas para uso en las composiciones de la invención, las sales preferidas son el hexafluorofosfato de diarilyodonio y el hexafluoroantimoniato de diarilyodonio. Estas sales se prefieren debido a que, en general, son más estables térmicamente, promueven una reacción más rápida, y son más solubles en disolventes orgánicos inertes que lo son otras sales aromáticas de yodonio de iones complejos.
Las sales complejas aromáticas de yodonio se pueden preparar por metátesis de sales simples aromáticas de yodonio correspondientes (tales como, por ejemplo, el bisulfato de difenilyodonio) de acuerdo con las enseñanzas de Beringer, et al., J. Am. Chem. Soc., 81, 342 (1959).
La sal compleja de arilyodonio está presente preferiblemente en la composición fotoiniciadora en cantidades de aproximadamente 10 a 90% en peso, con preferencia de aproximadamente 30 a 70% en peso y de modo muy preferible aproximadamente 40 a 60% en peso. Aquélla está presente preferiblemente en la composición fotopolimerizable en cantidades de aproximadamente 0,01-10% en peso, de modo más preferible aproximadamente 0,02-5% en peso, y de modo muy preferible aproximadamente 0,05-4% en peso.
Las sales de (di)arilyodonio solas no son iniciadoras del fotocurado de resinas epoxi.
Los sensibilizadores de la invención son compuestos de titanoceno o derivados. Los sensibilizadores de titanoceno se conocen como iniciadores de fotocurado para resinas acrílicas. No se describe nada acerca de su capacidad para actuar como sensibilizador para compuestos de diarilyodonio. Preferiblemente, el compuesto de titanoceno es bis-ciclopentadienil-bis(2,6-difluoro-3-pirrol-il)fenil)titanio. Preferiblemente, el derivado de titanoceno debería tener un coeficiente de extinción menor que aproximadamente 1000 l mol^{-1} cm^{-1}. El derivado puede prepararse como se describe en Macromolecules 1993, 26(9), 2216-2221 e ibidem, 1994 27(13), 3472-3477.
El sensibilizador se selecciona basándose en parte en consideraciones de estabilidad al almacenamiento. De acuerdo con ello, la selección de un sensibilizador particular puede depender en cierto grado del material epoxídico, vinil-éter, o material hidroxilado particulares, y de la sal de yodonio seleccionada.
El sensibilizador a la luz visible está presente preferiblemente en la composición fotoiniciadora en cantidades de aproximadamente 10 a 90% en peso, con preferencia aproximadamente 30 a 70% en peso y de modo muy preferible aproximadamente 40 a 60% en peso. El mismo está presente preferiblemente en la composición fotopolimerizable en cantidades de aproximadamente 0,01-10% en peso, de modo más preferible aproximadamente 0,02-5% en peso, y de modo muy preferible aproximadamente 0,05-4% en peso.
Las composiciones fotopolimerizables de la invención se preparan por simple mezcla, en condiciones "de luz segura", de los componentes de las composiciones de la invención. Si se desea, pueden emplearse disolventes inertes adecuados cuando se realiza esta mezcla. Ejemplos de disolventes adecuados son acetona y acetonitrilo, e incluyen cualquier disolvente que no reaccione apreciablemente con los componentes de las composiciones de la invención. Un material líquido a polimerizar puede utilizarse como disolvente para otro material líquido o sólido a polimerizar. Las composiciones sin disolvente se pueden preparar por disolución simple de la sal compleja aromática de yodonio y el sensibilizador de la resina epoxi o vinil-éter con o sin el uso de calentamiento suave.
Las aplicaciones dentales se benefician particularmente de la presente invención. Hasta ahora, se ha utilizado extensamente química de acrilatos y metacrilatos para composiciones dentales adhesivas y restauradoras. Esta química puede curarse ventajosamente con luz visible utilizando sistemas fotoiniciadores. Sin embargo, esta química presenta la desventaja de un grado de contracción relativamente alto durante el proceso de polimerización. En contraste, durante la polimerización, las resinas epoxi de la presente invención se contraen significativamente menos que las resinas de acrilato y metacrilato de la técnica anterior. La presente invención proporciona un sistema para curado de resinas epoxi en un marco de tiempo aceptable y en profundidad suficiente utilizando equipo para fuentes de luz visible ya disponible en el consultorio dental.
Los materiales dentales de la presente invención pueden ser con relleno o sin relleno, e incluyen materiales dentales tales como materiales de restauración estética directa (v.g, restauradores anteriores y posteriores), prótesis, adhesivos e imprimadores para tejidos orales duros, selladores, chapados, revestimientos interiores de cavidades, adhesivos para soportes de ortodoncia para uso con cualquier tipo de soporte (tal como metálico, plástico y cerámico), cementos para coronas y puentes, coronas artificiales, dientes artificiales, dentaduras postizas, y análogos. Estos materiales dentales se utilizan en la boca y están dispuestos en posición adyacente a los dientes naturales. La expresión "dispuesto en posición adyacente a", tal como se utiliza en esta memoria, hará referencia a la colocación de un material dental en contacto temporal o unido permanentemente (v.g., adhesivo) por toque (v.g., oclusivo o proximal) con un diente natural. El término "material compuesto" tal como se utiliza en esta memoria, hará referencia a un material dental con relleno. El término "restaurador", tal como se utiliza en esta memoria, hará referencia a un material compuesto que se polimeriza después que se ha situado en posición adyacente a un diente. El término "prótesis", tal como se utiliza en esta memoria, hará referencia a un material compuesto que se conforma y polimeriza para su uso final (v.g., como corona, puente, chapado, incrustación, material superficial decorativo o análogos) antes que se disponga en posición adyacente a un diente. El término "sellador", tal como se utiliza en esta memoria, hará referencia a un material compuesto ligeramente rellenado o a un material dental sin relleno que se cura después que se ha dispuesto en posición adyacente a un diente. "Polimerizable", tal como se utiliza en esta memoria, hace referencia a un material dental susceptible de curado o endurecimiento, v.g., por mecanismos de radicales libres, iónicos, o de reacción mixta.
En ciertas aplicaciones puede ser apropiado el uso de una carga. La elección de la carga afecta a propiedades importantes del material compuesto tales como su aspecto, radioopacidad y sus propiedades físicas y mecánicas. El aspecto se ve afectado en parte por el ajuste de las cantidades y los índices de refracción relativos de los ingredientes del material compuesto, permitiendo de este modo la alteración de la translucidez, opacidad o aspecto perlado del material compuesto. Las composiciones de resina epoxi de la invención, sea solas o en mezcla con un monómero diluyente, pueden prepararse con índices de refracción que se acercan o se aproximan a los índices de refracción de cargas tales como cuarzo (índice de refracción 1,55), sílice submicrométrica (1,46), y relación molar 5,5:1 de SiO_{2}:ZrO_{2} de micropartículas no vítreas (1,54). De este modo puede hacerse, en caso deseado, que el aspecto del material dental se aproxime estrechamente al aspecto de la dentición natural.
La radioopacidad es una medida de la capacidad del material compuesto para ser detectado por examen mediante rayos X. Frecuentemente, será deseable un material compuesto radioopaco, por ejemplo, para permitir al dentista determinar si un relleno se mantiene sólido o no. En otras circunstancias, puede ser deseable un material compuesto no radioopaco.
La cantidad de carga que se incorpora en el material compuesto (a lo que se hace referencia en esta memoria como el "nivel de relleno" y se expresa como un porcentaje en peso basado en el peso total del material dental) variará dependiendo del tipo de carga, la resina epoxi y otros componentes de la composición, así como del uso final del material compuesto.
Para algunos materiales dentales (v.g., selladores), las composiciones de resina epoxi de la invención pueden estar cargadas ligeramente (v.g., con un nivel de relleno menor que aproximadamente 40 por ciento en peso) o sin carga alguna. Preferiblemente, la viscosidad del material dental es suficientemente baja para permitir su penetración en las cavidades y fisuras de las superficies oclusales de los dientes así como en las áreas atacadas del esmalte, ayudando con ello a la retención del material dental. En aplicaciones en las cuales se desean alta resistencia o durabilidad (v.g., restauradores anteriores o posteriores, prótesis, cementos de corona y puente, coronas artificiales, dientes artificiales y dentaduras postizas) el nivel de relleno puede ser tanto como aproximadamente 95 por ciento en peso. Para la mayoría de las aplicaciones dentales de restauración y de prótesis, se prefiere generalmente un nivel de relleno comprendido entre aproximadamente 70 y 90 por ciento en peso.
Las cargas pueden seleccionarse de uno o más de cualesquiera materiales adecuados para incorporación en composiciones utilizadas para aplicaciones médicas, tales como las cargas utilizadas actualmente en composiciones dentales de restauración y análogas. La carga está finamente dividida y tiene preferiblemente un diámetro máximo de partícula menor que aproximadamente 50 micrómetros y un diámetro medio de partículas menor que aproximadamente 10 micrómetros. La carga puede tener una distribución de tamaños de partícula unimodal o polimodal (v.g. bimodal). La carga puede ser un material inorgánico. La misma puede ser también un material orgánico reticulado que es insoluble en la resina polimerizable, y se está cargado opcionalmente con carga inorgánica. La carga debe ser en cualquier caso no tóxica y adecuada para uso en la boca. La carga puede ser radioopaca, radiotransparente o no radioopaca.
Ejemplos de cargas inorgánicas adecuadas son materiales naturales o sintéticos tales como cuarzo, nitruros (v.g., nitruro de silicio, vidrios derivados de, por ejemplo, Ce, Sb, Sn, Zr, Sr, Ba y Al, sílice coloidal, feldespato, vidrio de borosilicato, caolín, talco, dióxido de titanio, y vidrio de cinc; cargas de dureza Mohs baja tales como las descritas en la Patente U.S. No. 4.695.251; y partículas de sílice submicrométricas (v.g., sílices pirogénicas tales como las sílices de la serie "Aerosil" "OX 50", "130", "150" y "200" vendidas por Degussa y la sílice "Cab-O-Sil M5" vendida por Cabot Corp.). Ejemplos de partículas de carga orgánicas adecuadas incluyen policarbonatos, poliepóxidos, y análogos, con o sin relleno. Partículas de carga preferidas son cuarzo, sílice submicrométrica, y micropartículas no vítreas del tipo descrito en la Patente U.S. No 4.503.169. Pueden incorporarse también cargas metálicas, tales como carga metálica constituida por partículas fabricadas a partir de un metal puro tal como las de los Grupos IVA, VA, VIA, VIIA, VIII, IB, IB, aluminio, indio, y talio del Grupo IIIB y estaño y plomo del Grupo IVB, o aleaciones de los mismos. Pueden incorporarse también opcionalmente polvos de aleación convencionales para amalgamas dentales, típicamente mezclas de plata, estaño, cobre, y cinc. La carga metálica constituida por partículas tiene preferiblemente un tamaño medio de partícula de aproximadamente 1 micrómetro a aproximadamente 100 micrómetros, más preferiblemente 1 micrómetro a aproximadamente 50 micrómetros. Se contemplan también mezclas de estas cargas, así como cargas de combinación constituidas por materiales orgánicos e inorgánicos. Se prefieren particularmente cargas de vidrio de fluoroaluminosilicato, sin tratar o tratadas con silanol. Estos vidrios tienen la ventaja adicional de liberar fluoruro en el sitio del trabajo dental cuando se encuentran en el ambiente oral.
Opcionalmente, la superficie de las partículas de carga puede tratarse con un tratamiento de superficie tal como un agente de acoplamiento con objeto de mejorar la unión entre la carga y la resina polimerizable. El agente de acoplamiento puede estar funcionalizado con grupos de curado reactivos, tales como compuestos epoxídicos, viniléteres, acrilatos, metacrilatos y análogos. Ejemplos de agentes de acoplamiento incluyen glicidiltrimetoxisilano, O(viniloxietil)-N-(trietoxisililpropil)uretano, gamma-metacriloxipropiltrimetoxisilano, gamma-mercapto-propiltrietoxisilano, gamma-aminopropiltrimetoxisilano, beta-(3,4-epoxiciclohexil)etilmetoxisilano, etcétera.
Los materiales dentales de la presente invención pueden contener también adyuvantes adecuados tales como aceleradores, inhibidores, absorbedores, estabilizadores, pigmentos, colorantes, modificadores de la viscosidad, depresores de la tensión superficial y adyuvantes de mojado, antioxidantes, y otros ingredientes bien conocidos por los expertos en la técnica.
Las cantidades y tipos de cada ingrediente en el material dental deben ajustarse para proporcionar las propiedades físicas y de manipulación deseadas antes y después del curado. Por ejemplo, la velocidad de curado, estabilidad del curado, fluidez, resistencia a la compresión, resistencia a la tracción y durabilidad del material dental se ajustan típicamente en parte por alteración de los tipos y cantidades de iniciador(es) de la polimerización y, en caso de estar presentes, el relleno y la distribución de tamaños de partícula de la o las cargas. Tales ajustes se llevan a cabo típicamente por métodos empíricos basados en la experiencia con materiales dentales de la técnica anterior.
Cuando se aplica el material dental a un diente, el diente puede pre-tratarse opcionalmente con un imprimador tal como adhesivo para dentina o esmalte por métodos conocidos por los expertos en la técnica.
Composiciones particularmente útiles de la presente invención son composiciones dentales fotopolimerizables por luz visible útiles para polimerización en el ambiente oral. Estas composiciones comprenden a) una resina epoxi catiónicamente polimerizable, b) una sal de arilyodonio, c) un derivado de titanoceno y opcionalmente d) una carga dental presente en la composición. Estos componentes están presentes en cantidades suficientes para proporcionar el curado de dicha resina fotopolimerizable por exposición a la luz visible hasta una profundidad de curado de al menos aproximadamente 1 mm. Las composiciones pueden comprender además resinas curables catiónicamente, seleccionadas de oxetanos, oxolanos, acetales cíclicos, lactamas, lactonas y vinil-éteres. Las composiciones pueden comprender además resinas curables por radicales seleccionadas de acrilatos, metacrilatos, compuestos alílicos, compuestos de vinil-benceno u otros compuestos insaturados adecuados para polimerización por radicales.
Las composiciones de la invención pueden utilizarse para la restauración de dientes y para fijación de soportes, coronas, prótesis o incrustaciones en los dientes. A no ser que se indique otra cosa, todas las partes y porcentajes se expresan en peso, y todos los pesos moleculares son pesos moleculares medios ponderales.
Una ventaja importante es la mayor profundidad de curado en comparación con la luz UV , especialmente en sistemas pigmentados y la menor nocividad de la luz visible.
Ejemplos Ejemplo 1
Una mezcla de 17,8 gramos de resina epoxi ERL 4221 de Union Carbide, 3,35 gramos de viniléter DVE-3 de ISP TECHNOLOGIES, INC., 0,2200 gramos de bis-ciclopenta-dienil-bis[2,6-bifluoro-3-N-pirrolilfenil]-titanio y 0,2935 gramos de hexafluoroantimoniato de (4-n-dodecil-oxifenil)fenilyodonio se combinó y se agitó en ausencia de luz. 5,60 gramos del sistema epoxi fotocurable arriba obtenido se rellenaron con 12 gramos de una carga tratada con silano (Vidrio de Bario GM27884 SCHOTT Landshut). El material compuesto es estable a la temperatura ambiente en ausencia de luz.
Ejemplo 2
Una mezcla de 17,8 gramos de resina epoxi ERL 4221 de Union Carbide, 3,35 gramos de viniléter DVE-3 de ISP TECHNOLOGIES, INC., 0,2200 gramos de bis-ciclopenta-dienil-bis[2,6-bifluoro-3-N-pirrolilfenil]-titanio y 0,2935 gramos de hexafluoroantimoniato de (4-n-dodecil-oxifenil)fenilyodonio se combinó y se agitó en ausencia de luz. 5,60 gramos del sistema epoxi fotocurable arriba obtenido se cargaron con 12 gramos de una carga tratada con silano (Cuarzo F-066, Industrial Corporation). El material compuesto es estable a la temperatura ambiente en ausencia de luz.
Ejemplo 3
Una mezcla de 17,8 gramos de resina epoxi ERL 4221 de Union Carbide, 3,35 gramos de viniléter DVE-3 de ISP TECHNOLOGIES, INC., 0,2200 gramos de bis-ciclopenta-dienil-bis[2,6-bifluoro-3-N-pirrolilfenil]-titanio y 0,2935 gramos de hexafluoroantimoniato de (4-n-dodecil-oxifenil)fenilyodonio se combinó y se agitó en ausencia de luz. 5,60 gramos del sistema epoxi fotocurable arriba obtenido se cargaron con 13 gramos de una carga tratada con silano (SILBOND FW12 EST, Quarzwerke). El material compuesto es estable a la temperatura ambiente en ausencia de luz.
Ejemplo para mezcla de catalizador de titanio
Se prepara una mezcla de catalizador disolviendo 2,9 g de hexafluoroantimoniato de (4-n-dodeciloxifenil)-fenilyodonio y 2,2 g de bis-ciclopentadienil-bis(2,6-bifluoro-3-N-pirrolilfenil)titanio en 10 g de acetona (agitando concienzudamente en ausencia de luz).
La mezcla de catalizador es apta para endurecer los monómeros mencionados. Por ejemplo, 1,51 g de esta mezcla de catalizador es capaz de curar una mezcla de monómeros constituida por 8,9 g de resina epoxi ERL 4221 (Union Carbide) y 1,68 g de viniléter DVE-3 (ISP Technologies) hasta una profundidad de curado de 4,6 mm (90 s, lámpara: Kulzer UniXS).
TABLA 1 Propiedades de los ejemplos
6
Los ejemplos muestran resistencia mecánica similar parecida a las composiciones de fotocurado utilizadas ampliamente basadas en resinas de metacrilato.

Claims (14)

1. Una composición dental curable por luz visible de longitud de onda 400-700 nm que comprende:
a) al menos una sal de arilyodonio,
b) al menos un derivado de titanoceno, y
c) al menos un compuesto o resina epoxi polimerizable catiónicamente.
2. La composición de la reivindicación 1, en la cual dicha sal de arilyodonio es una sal de diarilyodonio.
3. La composición de la reivindicación 1 ó 2, en la cual la sal de arilyodonio es un hexafluorofosfato de diarilyodonio o un hexafluoroantimoniato de diarilyodonio.
4. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la cual dicho derivado de titanoceno es bis-ciclopentadienil-bis(2,6-difluoro-3-pirrolilfenil)titanio.
5. La composición de la reivindicación 4, comprendiendo dicha composición un compuesto o resina adicional curable catiónicamente distinto de un compuesto o resina epoxi.
6. La composición de la reivindicación 5, en la cual dicho compuesto o resina adicional curable catiónicamente se selecciona del grupo constituido por oxetanos, oxolanos, acetales cíclicos, lactamas, lactonas, y vinil-éteres.
7. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, comprendiendo dicha composición un compuesto o resina adicional curable por radicales.
8. La composición de la reivindicación 7, en la cual dicha resina adicional curable por radicales se selecciona del grupo constituido por acrilatos, derivados de vinil-benceno, derivados de alilo, y vinilcetonas.
9. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, comprendiendo dicha composición
d) al menos una carga, y/o
e) al menos una carga radioopaca.
10. La composición de la reivindicación 9, en la cual la carga es un material inorgánico o un material orgánico reticulado, o una mezcla de los mismos.
11. Una composición polimerizada, que puede obtenerse por polimerización de una composición de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 10.
12. La composición polimerizada de la reivindicación 11, en la cual dicha composición tiene un espesor mayor que 1 mm.
13. Uso de una composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 para la preparación de un material para la restauración de los dientes.
14. Uso de una composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 para la preparación de un material fijador de soportes, coronas, prótesis o incrustaciones.
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