JP5345366B2 - 自己硬化性プラスチックのための開始剤系、その使用および該開始剤系を含有する骨セメント組成物 - Google Patents

Description

本発明は、自己硬化性プラスチックのための開始剤系、該開始剤系の使用および該開始剤系を含有する骨セメント組成物に関する。

メタクリレートモノマーおよびその他のラジカル重合性モノマーのラジカル重合のための開始剤系は久しく公知である。

例えばＥＰ０７３２０９８Ａ２には、過酸化物と金属化合物との組み合わせが開示されている。この場合、クメンヒドロペルオキシド、金属化合物およびチオ尿素からなる組み合わせが使用される。チオ尿素とヒドロペルオキシドとからなる類似の組み合わせはＥＰ１４７９３６４Ａ１に提案されている。これに対してＤＥ１９５０１９３３Ａ１にはヒドロペルオキシドと乾燥剤とからなる混合物が開示されている。ヒドロペルオキシド、アシルチオ尿素および銅塩をベースとする新たな興味深い系はＥＰ１７５４４６５Ａ１に記載されている。このような開始剤の利点は、その高い熱安定性である。ヒドロペルオキシドは刺激性の化合物であり、従って、生体の骨組織と直接接触するＰＭＭＡ骨セメントの反応開始のためには限定的に適切であるにすぎない。この理由から、このような開始剤系は従来、ＰＭＭＡ骨セメントの製造のために幅広く使用されてこなかった。

従来ＰＭＭＡ骨セメントにおいて使用されていた開始剤系であるジベンゾイルペルオキシドおよびＮ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジンは原則として有利であることが判明している（Ｋ．Ｄ．Ｋｕｅｈｎ、Ｋｎｏｃｈｅｎｚｅｍｅｎｔｅ ｆｕｅｒ ｄｉｅ Ｅｎｄｏｐｒｏｔｈｅｔｉｋ、Ｅｉｎ ａｋｔｕｅｌｌｅｒ Ｖｅｒｇｌｅｉｃｈ ｄｅｒ ｐｈｙｓｉｋａｌｉｓｃｈｅｎ ｕｎｄ ｃｈｅｍｉｓｃｈｅｎ Ｅｉｇｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ ｈａｎｄｅｌｓｕｅｂｌｉｃｈｅｒ ＰＭＭＡ−Ｚｅｍｅｎｔｅ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、２００１年）。この場合、ジベンゾイルペルオキシドは、セメント粉末中に固体として存在しており、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジンがモノマー成分中に溶解している。このことによって開始剤系は室温で貯蔵安定性である。セメントペーストの製造の際に、この開始剤系は、限定的に適切であるにすぎない。というのは、モノマー中に溶解したジベンゾイルペルオキシドは準安定性であり、すでに室温でもわずかな範囲で自発的に分解するからである。このことによってペースト状のセメントは、開始剤系であるジベンゾイルペルオキシド／Ｎ，Ｎ−ジメチル−ｐ−トルイジンおよび架橋作用のあるモノマーの使用下に自発的に架橋し、従って極めて限定的に貯蔵可能であるにすぎない。

歯科分野では、バルビツール酸誘導体／銅イオン／塩化物イオンの開始剤系が、原則として、後から変色しないプラスチックを製造するために有利であることが判明しており、この場合、一般に、粉末−液体系のみが十分に貯蔵安定性である。ペーストの場合、バルビツール酸誘導体は、ペーストのモノマー中に溶解している。この場合、架橋作用のあるモノマーを使用する場合に、溶解した開始剤の自発的な分解に基づいてペーストの自発的な架橋がしばしば現れることが観察された。

総じて、これまで、貯蔵安定性のペースト状ＰＭＭＡ骨セメントの製造のために適切な、十分に安定した、かつ毒性の極めて低い開始剤系は知られていなかったことを確認することができる。２成分骨セメントの場合、両方の成分を混合した後で、数分の加工時間が必須であり、これによって全エンドプロテーゼを正確に位置決めすることができる。複数回官能化されたモノマーを含有するペーストセメントにおいて、数分の加工時間を可能にする適切な開始剤系はこれまで知られていない。
ＥＰ０７３２０９８Ａ２ ＥＰ１４７９３６４Ａ１ ＤＥ１９５０１９３３Ａ１ ＥＰ１７５４４６５Ａ１ Ｋ．Ｄ．Ｋｕｅｈｎ、Ｋｎｏｃｈｅｎｚｅｍｅｎｔｅ ｆｕｅｒ ｄｉｅ Ｅｎｄｏｐｒｏｔｈｅｔｉｋ、Ｅｉｎ ａｋｔｕｅｌｌｅｒ Ｖｅｒｇｌｅｉｃｈ ｄｅｒ ｐｈｙｓｉｋａｌｉｓｃｈｅｎ ｕｎｄ ｃｈｅｍｉｓｃｈｅｎ Ｅｉｇｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ ｈａｎｄｅｌｓｕｅｂｌｉｃｈｅｒ ＰＭＭＡ−Ｚｅｍｅｎｔｅ．Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ、２００１年

従って本発明の根底には、貯蔵安定性のＰＭＭＡセメントペーストを製造するために適切であり、かつＰＭＭＡセメントペーストのラジカル重合の確実な開始を可能にする開始剤を開発するという課題が存在していた。少なくとも２．５分のＰＭＭＡセメントペーストの加工時間を保証することができるよう、重合は開始剤系により遅延されて開始されるべきである。

本発明にとって本質的なことは、バルビツール酸誘導体のカルシウム塩、マグネシウム塩および鉄塩および特定の無機銅塩、例えば塩基性炭酸銅および水酸化銅（ＩＩ）が、慣用のメタクリレートモノマー中で不溶性であるという観察であった。本発明の根底には、メタクリレートモノマー中で不溶性のバルビツール酸誘導体の塩およびメタクリレートモノマー中で不溶性の重金属塩の組み合わせを使用し、該塩が、所望の重合の前に直接、メタクリレートモノマー中で可溶性の酸の作用によって、バルビツール酸誘導体の可溶性の塩の形に、および重金属塩の場合には、メタクリレートモノマー中で可溶性の重金属塩へと変換されるという思想が存在する。可溶性のバルビツール酸誘導体の放出および可溶性の重金属塩の放出は、酸が不溶性の塩へと拡散し、次いで放出された可溶性のバルビツール酸誘導体および重金属塩が相互に拡散することによって行われる。これらが相互に出会う際に初めて塩化物イオンの存在下にラジカルが形成され、ひいては重合が開始される。これは、本来の開始工程の前に、重合の開始にとって速度を決定する溶解プロセスおよび拡散プロセスが存在することを意味している。

本発明の課題は、
ａ）メタクリレートモノマー中で不溶性の、ジアルキルバルビツール酸および／またはアルキルシクロアルキルバルビツール酸および／またはアルキルアリールバルビツール酸および／またはシクロアルキルアリールバルビツール酸の少なくとも１の塩、
ｂ）メタクリレートモノマー中で不溶性の少なくとも１の重金属塩、
ｃ）メタクリレートモノマー中で可溶性の少なくとも１のハロゲン化物イオン供与体、および
ｄ）メタクリレートモノマー中で可溶性の少なくとも１の酸
を含有する、自己硬化性プラスチックのための開始剤系によって解決された。

メタクリレートモノマーという概念は、ポリマー化学において慣用のメタクリレートモノマーを意味する。これらには、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、オクチルメタクリレート、デシルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、プロパン−１，２−ジオール−ジメタクリレート、プロパン−１，２−ジオール−ジメタクリレート、ブタン−１，４−ジオール−ジメタクリレート、ヘキサン−１，６−ジオール−ジメタクリレート、オクタン−１，８−ジオール−ジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレートが属する。その他に、ＢｉｓＧＭＡおよびメタクリレート末端マクロマーもメタクリレートモノマーに属する。

この場合、メタクリレートモノマー中に懸濁している成分ａ）およびｂ）は、有利にはメタクリレートモノマー中で可溶性の酸の作用によって、メタクリレートモノマー中で可溶性のジアルキルバルビツール酸および／またはアルキルシクロアルキルバルビツール酸および／またはアルキルアリールバルビツール酸および／またはシクロアルキルアリールバルビツール酸に、およびメタクリレートモノマー中で可溶性の酸の重金属塩に変換することができる。ジアルキルバルビツール酸、アルキルシクロアルキルバルビツール酸、アルキルアリールバルビツール酸およびシクロアルキルアリールバルビツール酸のカルシウム塩、マグネシウム塩、および鉄塩が有利である。

１−シクロアルキル−５−アルキルバルビツール酸および１−フェニル−５−アルキル−バルビツール酸のカルシウム塩は特に有利であり、その際、１−シクロヘキシル−５−エチル−バルビツール酸のカルシウム塩はとりわけ有利である。

重金属塩として、水酸化銅（ＩＩ）、塩基性の炭酸銅、炭酸鉄（ＩＩ）、炭酸マンガン（ＩＩ）および炭酸コバルト（ＩＩ）が有利である。

ハロゲン化物イオン供与体として、本発明によればテトラアルキルアンモニウムクロリドが有利であり、その際、トリオクチルメチルアンモニウムクロリドが特に有利である。

メタクリレートモノマー中で可溶性の酸として、有利には２−エチルヘキサン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸およびマロン酸が考えられる。その他に、酸官能基、例えばスルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基およびカルボン酸基を有するモノマーを、可溶性の酸として使用することも可能である。酢酸、プロピオン酸、ピバル酸、クロロ酢酸、メタンスルホン酸および燐酸を使用することも可能である。特に有利であるのは、カルシウムイオンと共に水中で難溶性の塩を形成するメタクリレートモノマー中で可溶性の酸の使用である。

特に１−シクロヘキシル−５−エチルバルビツール酸のカルシウム塩、塩基性炭酸銅（ＩＩ）、トリオクチルアンモニウムクロリドおよび２−エチル−ヘキサン酸からなる組み合わせが有利であり、あるいは、１−シクロヘキシル−５−エチルバルビツール酸、水酸化銅（ＩＩ）、トリオクチルアンモニウムクロリドおよび２−エチル−ヘキサン酸からなる組み合わせが有利である。

成分ａ）、ｂ）、ｃ）およびｄ）を混合する前に、成分ａ）およびｂ）は１のペースト中または粉末中または液体中に分散されていてもよく、かつ成分ｃ）およびｄ）は、別個に第二のペーストまたは粉末または液体中に分散されていてもよい。

本発明は、医療用プラスチックおよび歯科材料を製造するための、ペースト／ペースト、ペースト／粉末、ペースト／液体、粉末／液体および液体／液体の組み合わせを調製するための上記の開始剤系の使用に関する。

本発明による開始剤系は有利には、少なくとも１のメタクリレートモノマー、メタクリレートモノマー中で可溶性の少なくとも１のポリメチルメタクリレート、メタクリレートモノマー中で不溶性のポリメチルメタクリレート、メタクリレートモノマー中で不溶性のジアルキルバルビツール酸および／またはアルキルシクロアルキルバルビツール酸および／またはアルキルアリールバルビツール酸および／またはシクロアルキルアリールバルビツール酸の塩、およびメタクリレートモノマー中で不溶性の少なくとも１の重金属塩からなるペースト状成分Ａ、および少なくとも１のメタクリレートモノマー、メタクリレートモノマー中で可溶性の少なくとも１のポリメチルメタクリレート、メタクリレートモノマー中で不溶性のポリメチルメタクリレート、メタクリレートモノマー中で可溶性のハロゲン化物イオン供与体およびメタクリレートモノマー中で可溶性の少なくとも１の塩からなるペースト状の成分Ｂが存在する骨セメント組成物中に含有されていてもよい。

ポリメチルメタクリレートという概念は、メチルメタクリレートのホモポリマーおよびメチルメタクリレートのコポリマーおよびその他のモノマー、例えばメチルアクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルアクリレート、スチレンおよびメチルスチレンであると理解される。

本発明を以下の実施例により詳細に説明するが、これらの例は本発明を限定するものではない。部およびパーセントの記載は、その他の記載と同様に、別の記載がない限り、質量に対する。

例１
１−シクロヘキシル−５−エチル−バルビツール酸のカルシウム塩（ＣａＣＨＥＢＡ）の合成
メタノール５０ｍｌ中に、１−シクロヘキシル−５−エチル−バルビツール酸１０．０００ｇ（４２ミリモル）および水酸化カルシウム１．６２１ｇ（２１ミリモル）を撹拌下に懸濁させた。引き続き、室温で１時間、さらに攪拌した。その後、メタノールを真空回転蒸発器により留去し、かつ残留する残留物をそれ以上精製することなく真空下に質量が一定になるまで乾燥させ、その際、無色の固体が生じた。収率：１１．０００ｇ（９７．８％）
ＦＴ−ＩＲν（ｃｍ^-1）：３２１１、３１３４、３０８３、２９４０、２８５７、１７４８、１７１１、１６６４、１４２７、１３６４、１３１９、１２６０、１２０７、１１３６、１０８８、１０７５、１０４３、９９８、８９６、８５８、８０５、７６８、７５４、７３６、７１７、６６６。

例２
二酸化ジルコニウムと炭酸銅との混合物の製造
二酸化ジルコニウム粉末２０．０００ｇを、塩基性炭酸銅（ＩＩ）（ＣｕＣＯ₃ｘＣｕ（ＯＨ）₂）４０ｍｇと共に強力に粉砕することによって混合した。

例３
二酸化ジルコニウムと炭酸銅との混合物の製造
二酸化ジルコニウム粉末１０．０００ｇを、水酸化銅（ＩＩ）（安定化されたＣｕ（ＯＨ）₂）２０ｍｇと共に強力に粉砕することによって混合した。

例４
ポリマー溶液１の製造
室温で強力な撹拌下に、ヘキサン−１，６−ジオール−ジメタクリレート８５．０ｇ中に、ポリメチルメタクリレートコメチルアクリレート（分子量約６０００００、メチルアクリレート割合約５０％）１５．０ｇを溶解した。粘性の清澄な溶液が生じた。

例５
ポリマー溶液２の製造
室温で強力な撹拌下に、ヘキサン−１，６−ジオール−ジメタクリレート９０．０ｇ中に、ポリメチルメタクリレートコメチルアクリレート（分子量約６０００００、メチルアクリレート割合約５０％）１０．０ｇを溶解した。粘性の清澄な溶液が生じた。

以下の例６〜１３に記載されているペーストのために、懸濁重合により製造された粒状のポリメチルメタクリレートコメチルアクリレート（分子量約８０００００、メチルアクリレート割合約５０％、粒径＜６３μｍ）を使用し、これをポリマー１と称する。

例６
ペースト１
ペーストＡおよびペーストＢの製造は、簡単な混練により行った。ペーストＡおよびペーストＢは、被覆可能で、目視によれば均一なペーストであり、これは問題なく相互に混合することができた。

成分ＡおよびＢを混合した後で、生じたペーストは問題なく成形可能であり、かつ被覆可能であった。硬化は混合後、２分５０秒で開始された。

例７
ペースト２

硬化は、成分ＡおよびＢを混合した後、４分１０秒で開始された。

例８
ペースト３

硬化は、混合後、６分１５秒で開始された。

例９
ペースト４

成分ＡおよびＢの混合後に、ペーストは同様に問題なく成形可能であり、かつ被覆可能であった。硬化は混合後、３分５秒で開始された。

例１０
ペースト５

成分ＡおよびＢの混合後、ペーストは同様に問題なく成形可能であり、かつ被覆可能であった。硬化は混合後、３分５秒で開始された。

例１１
ペースト６

成分ＡおよびＢの混合後、ペーストは同様に問題なく成形可能であり、かつ被覆可能であった。硬化は混合後、３分２０秒で開始された。

例１２
ペースト７

成分ＡおよびＢの混合後、ペーストは同様に問題なく成形可能であり、かつ被覆可能であった。硬化は混合後、４分２５秒で開始された。

例１３
粉末−液体セメント
ＣａＣＨＥＢＡ１．５０ｇ、塩基性炭酸銅（ＩＩ）６ｍｇ、二酸化ジルコニウム６．００ｇ、ポリメチルメタクリレートコメチルアクリレート（分子量６０００００、メチルアクリレート約５０％）６．００ｇ、ポリメチルメタクリレートコメチルアクリレート（分子量約８０００００、メチルアクリレート約５〜８％）２６．５０ｇを相互に強力に粉砕した。メチルメタクリレート（ヒドロキノン２００ｐｐｍで安定化）２０ｍｌを、ＡＬＩＱＵＡＴ３３６ １００ｍｇおよび２−エチル−ヘキサン酸４００ｍｇと共に混合することによってモノマー液を製造した。セメント粉末とモノマー液との混合によってセメント生地が形成され、該生地は約８分間加工可能であり、その後、約５分間にわたって硬化した。

Claims (11)

1. ａ）メタクリレートモノマー中で不溶性の、ジアルキルバルビツール酸、アルキルシクロアルキルバルビツール酸、アルキルアリールバルビツール酸またはシクロアルキルアリールバルビツール酸の、少なくとも１のカルシウム塩、マグネシウム塩および／または鉄塩、
   ｂ）メタクリレートモノマー中で不溶性の少なくとも１の重金属塩、
   ｃ）メタクリレートモノマー中で可溶性の少なくとも１のハロゲン化物イオン供与体、
   ｄ）メタクリレートモノマー中で可溶性の少なくとも１の酸
   を含有する、自己硬化性プラスチックのための２成分開始剤系であって、成分ａ）およびｂ）は、第１のペースト中に、または粉末中に、または液体中に分散しており、かつ成分ｃ）およびｄ）は、第２のペースト中に、または粉末中に、または液体中に分散している、自己硬化性プラスチックのための２成分開始剤系。
2. メタクリレートモノマー中に懸濁している成分ａ）およびｂ）が、メタクリレートモノマー中で可溶性の酸の作用によって、メタクリレートモノマー中で可溶性のジアルキルバルビツール酸および／またはアルキルシクロアルキルバルビツール酸および／またはアルキルアリールバルビツール酸および／またはシクロアルキルアリールバルビツール酸およびメタクリレートモノマー中で可溶性の、酸の重金属塩に変換可能であることを特徴とする、請求項１記載の自己硬化性プラスチックのための開始剤系。
3. 成分ａ）が、１−シクロアルキル−５−アルキルバルビツール酸および１−フェニル−５−アルキル−バルビツール酸のカルシウム塩の群に由来することを特徴とする、請求項１または２記載の自己硬化性プラスチックのための開始剤系。
4. 成分ａ）が、１−シクロヘキシル−５−エチル−バルビツール酸のカルシウム塩であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の自己硬化性プラスチックのための開始剤系。
5. 成分ｂ）が、水酸化銅（ＩＩ）、塩基性の炭酸銅、炭酸鉄（ＩＩ）、炭酸マンガン（ＩＩ）および炭酸コバルト（ＩＩ）からなる群に由来することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の自己硬化性プラスチックのための開始剤系。
6. ハロゲン化物イオン供与体ｃ）として、テトラアルキルアンモニウムクロリドを使用することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の自己硬化性プラスチックのための開始剤系。
7. メタクリレートモノマー中で可溶性の酸ｄ）が、２−エチルヘキサン酸、ヘキサン酸、ヘプタン酸、オクタン酸またはマロン酸からなる群の成分であることを特徴とする、請求項１または６記載の自己硬化性プラスチックのための開始剤系。
8. ａ）１−シクロヘキシル−５−エチルバルビツール酸のカルシウム塩、ｂ）塩基性炭酸銅、ｃ）トリオクチルアンモニウムクロリド、およびｄ）２−エチル−ヘキサン酸を含有する、請求項１記載の自己硬化性プラスチックのための開始剤系。
9. ａ）１−シクロヘキシル−５−エチルバルビツール酸のカルシウム塩、ｂ）水酸化銅、ｃ）トリオクチルアンモニウムクロリド、およびｄ）２−エチル−ヘキサン酸を含有する、請求項１記載の自己硬化性プラスチックのための開始剤系。
10. 医療用プラスチックおよび歯科材料を製造するための、ペースト／ペースト、ペースト／粉末、ペースト／液体、粉末／液体、または液体／液体の組み合わせを調製する際の、請求項１から９までのいずれか１項記載の開始剤系の使用。
11. 請求項１から９までのいずれか１項記載の開始剤系を含有する骨セメント組成物。