JPH04503370A - セメント組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 セメント組成物 本発明は新規なアクリル樹脂系セメントな関するものであり、更に詳細には骨内 補欠物のシーリングに有用な骨セメントに関する。

樹脂系セメントは各種用途に供されている。−適用域は体内での各種ヒト関節た とえば膝、肘、肩及び腰関節の補欠物の移植並びに歯用セメントである。これら のセメントは体が耐え得るものでなければならず、かつまた、手術や歯の治療時 に操作が容易で硬化時に良好な機械的性質を有するものでなければならない。

従来のセメントは二成分系で供給されている。すなわち、メタクリレートモノマ ーを含む液相成分とポリメタクリレートを含む固相成分（通常は粉末）であって 、使用直前にそれらの成分を混合するのである。両成分は混合後に油性ペースト 状の混線可能な塊状物を形成し、それを前肢に導入することができる。続いて混 合物はその場所で重合し、比較的短時間、例えば１５分内にセメントは硬化する 。

このようなセメントは広（使用されてはいるが、幾つかの欠点も知られている。

そのような欠点の一つは、重合が高い発熱反応なので局部温度を望ましくない高 水準、時には１００℃といった高温に高めることがあることである。これは、特 に補欠物移植で欠点になることが見出されている。これらの樹脂系組成物を用い る際の別の問題は、重合過程で生ずる収縮である。

英国特許出願第２０１７７３２号は、一種以上のモノマー中にアクリルポリマー 又はコポリマーのコロジオンを含んだ液相を使用するアクリル系骨セメントを記 載している。この液相は、約２重量部のメタクリル酸メチル中に約１重量部のポ リメタクリル酸メチルを溶かして形成される。この系は、重合反応により発生す る発熱をある程度減らすが、液相が比較的粘稠であって代表的には２０℃で５０ ０センチボイズ付近になり、そのため液相と固相の混合を困難にし、その使用は 更にやっかいである。

本発明は、実質的に粘性が低（、従って固相との混合が容易であり、かつ、重合 反応に係わる発熱を実質的に低下させる新規な液相を用いたアクリル系改善セメ ントを提供する。本発明の組成物は収縮度も低い。本発明の一特徴は、アクリル ポリマー又はコポリマーを含む固相成分とアクリルモノマーを含む液相とを緊密 に混合して調製する自己重合性のセメントであって、液相がフリーラジカル付加 重合し易い置換された若しくは置換されていないビニル又はビニデン基を含有す るモノマーのホモポリマー又はコポリマーを２個、３個又はそれより多くのビニ デン基を含有するモノマーで架橋した粒からなるポリマー材料を更に含み、前記 の粒は、（ａ）該モノマー又はモノマーは混合物をバルク重合して製造される材 料の溶解度パラメータより２．５　ｃａｌ＋／２，１−３／２低い値から２．５ 　ｃａ１１／２ｍ１−３／！高い値までの溶解度パラメータを有し、かつ、（ｂ ）該モノマー又はモノマー混合物をバルク重合して製造される材料と同−又は隣 接する水素結合群に属する溶剤中でゾルを形成することができるものであり、か つ、前記の粒はポリマーのゲル化を回避するように該モノマー又はモノマー混合 物を重合させて製造されるものであることを特徴とする自己重合性のセメントを 提供することである。

これらのポリマー材料を以降では便宜上「ミクロゲル」と称する。これらのミク ロゲルは、出願人の先行英国特許第２０９０２６４号に記載の方法で調製するこ とが好ましい。この好適ミクロゲルは、ホモポリマー又はコポリマーとしてメタ アクリル酸エステル、特にその低級アルキルエステルすなわちメタクリル酸のメ チル、エチル、プロピル、ブチル又は２−エチルヘキシルエステルを使用したも のである。

二官能性より官能性が大なる共重合可能なモノマー単位は、何れも架橋剤として 使用することができる。使用して有利なモノマーの例は、置換されていない若し くはヒドロカルボキシル化された芳香族炭化水素、例えばビニルベンゼンやベン ゼンポリカルボ酸のポリアクリル置換エステル、例えばフタル酸又はピロメリッ ト酸のアクルエステルである。架橋剤は２個又は３個のビニル若しくはビニリデ ン基を含有するエステル、例えばポリエチレングリコールのビスメタクリル酸エ ステル、エチレングリコールのビスビスメタクリル酸エステル又はシアヌル酸ト リアリルである。架橋された粒子は５．０００乃至２０．０００．０００の重量 平均分子量を有するものが好ましい。分散粒子の平均粒径は１０　ｎｍ乃至１μ ｍの範囲、好ましくは１０ｎｍ乃至０．１μＷの範囲である。

アクリレートミクロゲルを調製する方法で使用される溶剤は、その水素結合能力 に従って定性的に次の三群の一つに割り付けられる。

群　例 強く水素結合されるもの　アルコール、酸、アミン、アルデヒド中度に水素結合 されるもの　ケトン、エステル、エーテル水素結合性に乏しいもの　炭化水素、 塩素化及びニトロ炭化水素、ニトリル以上から、「同−若しくは隣接する水素結 合群」の意味が明らかであろう。

多数の溶剤の溶解度パラメータ（疑集エネルギー密度の平方根）を出願人の先行 英国特許第２０９０２６４号に表記しているが、これは多数のバルクアクリルポ リマーに関する溶解度パラメータ範囲である。これらのパラメータは、ジョンワ イリーアンドサンズ（Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　＆　５ｏｎｓ）刊の「Ｅｎｃｙｃ ｌｏｐｅｄｉａ　ｏｆ　Ｐｏｌｙｍｅｒ　５ｃｉｅｎｃｅａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏ ｌｏｇｙＪ等の文献の標準的な仕事からも確かめられる。ミクロゲルの調製に用 いて好適な溶剤は、モノマー又はモノマー混合物をバルク重合して製造される材 料の溶解度パラメータより１．０　ｃａｌ””ｍｌ−”まで大なる溶解度パラメ ータを有する溶剤である。

実際的には、先ずモノマー混合物をバルク重合して固体塊状物を形成し、その塊 状物の一部をとって溶剤中で膨潤性を測定することにより本発明の組成物に有用 なミクロゲルの製造用に適した溶剤を容易に選択することができる。それをかな り膨潤させる溶剤、好ましくはポリマーの１００　ｐｐｈを超える程度まで膨潤 させるものは、重合を妨害する反応性基を含まない限り、一般に本発明の組成物 に有用なミクロゲルの製造用に好適である。最高度に膨潤させる溶剤が好適であ る。

溶剤中でゲルを形成することができる高分子量の架橋粒を得るには、反応の全段 階で熱力学的に良好な溶剤を維持することが望ましい。

半分以上のケースで、反応は何等の眼に見えるゲル化徴候を伴わずにモノマーか らポリマーへと１００％転化まで進行する。場合によっては、例えば高濃度のモ ノマーを用い即ち熱力学的に良好な溶剤を少なくして重合を行う場合には、ゲル 化を回避するため重合の進行を監視することが必要乃至好適である。使用できる 監視方法の一つは、反応混合物の一部をガラススライド上に拡げて密着した膜が 形成されるかどうかを観察することである。このような膜が形成されたり、その 他の観察がそれを示唆したならば、ゲル化の可能性を避けるために重合を停止す る。重合の停止は何等かの通常法、例えば重合停止剤を加えたり、反応媒体温度 を下げたりして行うことができる。

反応の終期に過剰の非溶剤を混合して、架橋されたポリマー粒を反応媒体から分 離する。別法として、溶剤の蒸発により粒状固形分を分離することもできる。

石油エーテルやヘキサン等の非溶剤を添加するか、或いは非溶剤に逆添加して分 離することが一般に好ましい。

アクリルモノマーと前に定義したミクロゲルを含む液相成分は新規であって、本 発明の更なる特徴を含むと考えられる。この液相は、モノマーとミクロゲルの成 分を３：１乃至１０：１、好ましくは４：１乃至６：１の重量比で含有する。ミ クロゲルの添入割合を多くすると溶液の粘度を望ましくない水準まで増加させる が、ミクロゲルの添入割合が少ないと重合工程での発熱に及ぼす効果が比較的低 下する。

液相内に使用するアクリルモノマーは、当該技術分野で有用であると一般に知ら れているものである。アクリル酸及びメタクリル酸のエステルがこの用途に好適 であり、特にアクリル酸及びメタクリル酸のメチル、エチル、プロピル及びブチ ルエステルが好適である。本発明組成物の液相は、重合触媒や架橋剤等のその他 の通常添加剤も含有する。セメント混合物中に重合触媒が存在すると極めて好適 である。このような触媒は当該技術分野で周知のものである。触媒の好適群は過 酸化物と（に過酸ベンゾイル及び過炭酸塩であり、それにＮ、Ｎ−ジメチルパラ トルイジン等の三級アミンが加わる。−好適実施態様では、このような二元触媒 系の一方を液相に、他方を固相に添加する。本発明組成物の液相は三級アミンの ようなものを含むことが好ましい。固相は過酸化物や過炭酸塩を含むことが好ま しい。

ミクロゲルはモノマー中に容易に分散可能であり、液相成分はミクロゲルを単に モノマーに加えることにより容易に調製される。液相は通常５０センチポイズ未 満の粘度、更には２５センチポイズ未満の粘度を有する。小粒径と低液相粘度を 組み合わせると、殺菌過程の一部で通常のフィルタを通過するので特に有利であ る。

液相の粘度は、低温でも貯蔵期間が長びくと増大する。本発明者等は、この不安 定傾向はヒドロキノンのような重合禁止剤を加えると減らせることを知見した。

このような禁止剤を含む液相は、本発明の一好適特徴である。

固相は常法にて配合される。固相はアクリルポリマー又はコポリマー、好ましく はポリメタクリル酸メチルを含み、場合によりその他の通常添加剤と混合物をな す。ポリマーは粉末又は微粒の形態にある。このポリマーの径は限界的でな（， ５００ミクロン程の大きさである。粒径はセメントの硬化時間に影響し、セメン トの所期用途に従って変更される。固相はアルミナや酸化ジルコニウム等の鉱物 質充填剤を含有してもよい。固相に添入して有用なその他の代表的添加剤には、 硫酸バリウム等のＸ−線不透過剤、重合開始剤とくにフリーラジカル開始剤、着 色剤並びに感染危険を抑制する抗生物質がある。固相と液相は、普通、無菌の容 器に別々に包装される。その量は、使用者がバック内容物を混合して塗付できる ペーストを形成するような量である。このように別々の二包装からなるバックは 本発明の更なる特徴である。

固相と液相は通常の割合で混合される。骨内補欠物のシーリング用に設計された セメント（骨セメント）の場合、液相１重量部に対して固相を約２重量部の割合 で用いると好都合である。この割合は変化するが、一般には固相：液相の重量比 は１：１乃至３：１の範囲内であって、１．５：１の範囲内がより普通である。

固相成分と液相成分の混合は、手又は機械的操作により容易に行なわれる。本発 明者等は、溶剤、特にエタノール等の極性溶剤を添加すると、混合して未だ硬化 してないセメントの均一性を更に改善することを知見した。硬化セメントの機械 的強度が重要である場合には、炭素繊維、アクリル繊維、ポリアミド又はポリエ ステル繊維等の繊維質材料を少量添入すると有用である。

本発明を以下の実施例で説明する、 実施例１ 下記の諸成分を混合してアクリレートミクロゲルを調製した。

メタクリル酸メチル　１４６５グラム エチレンジメタクリレート　３２．６グラム　及び過酸化ベンゾイル　６０．７ １グラム を１５リツトルのメチルエチルケトン中で２４時間還流し反応させた。

この溶液にその容積の約５５％の石油エーテル１００−１２０を徐々に加えて、 その「曇り点」に至らせた。（これは、溶液が永久的な曇りに丁度変わる点であ る。）曇り点に達した溶液を撹拌下にその容積の４５％の石油エーテル１００− ２００にゆっくりと加えてアクリレートミクロゲルを沈殿させた。

スラリーを濾過し、新たな石油エーテルで洗浄した後、真空オーブン内で乾燥さ せた。約１２９０グラムのミクロゲルが得られた。

このアクリレートミクロゲル１．８１１重量部量％のＮ、Ｎ−ジメチル叩−トル イジノ、０゜２２２重量部量％のアスコルビン酸及び０．００２０２重量部％の ヒドロキノンを含有する特許対象のメタクリル酸メチルモノマーと表１に示すよ うな種々の割合で混合した。これらの混合物を特許対象のポリメタクリル酸メチ ル粉末と組み合わせた。

この混合物を連続的に撹拌し、ドウ（その中に浸した装置に付着しない混合物） を形成する時間を記録した。

このドウを卵形にした。アルミニウム箔で被ったデジタル式温度計のサーミスタ をドウ塊の中心部に挿入した。このドウ塊を発泡ポリスチレンの型内に配置した 。この塊の温度を温度計が３７℃を示すまで時間に対して記録した。硬化時間は 、混合開始からドウが（Ｔ−ｂ＋Ｔ−−−）　／２に達する迄の時間として記録 した。Ｔ□８は最高温度であり、Ｔ１□は周囲温度である。

結果を表１に示す、 実施例２ 市販の骨セメント配合Ａと本発明の組成物Ｂとの比較を行なった。この市販品は メタクリル酸メチルポリマーである固相成分と９８重量％のメタクリル酸メチル 及び２重量％のジメチル−ｐ−トルイジンを含有する液相とからなるものであっ た。

本発明の組成物は、メタクリレートの１５重量％を実施例１の方法に従って製造 したアクリレートミクロゲルに置き代えて製造した。

下表に示す割合でセメントを混合した。最高硬化温度はＩＳＯ５８３３／１に従 って測定し、硬化セメントの衝撃強さ及び曲げ強さはＤＩＮ規格に従って測定し た。結果を下表に示す。

配合Ａ　配合Ｂ 粉末（ｇ）：液（ｍｌ）の比　４０：２０　４０：２０衝撃強さ　ｋＪ／ｍ”　 ６．３０　６．４０曲げ強さ　Ｎ／ｍ”　８５．９　、９５．０最高温度　℃７ ３．０　６３．５ 表１ ＊デジタル式温度計−サーミスタ ＋ベンチヤード記録計−銅−コンスタンタン熱電対＊＊湿潤性と発熱を改善する よう選択した配合補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　３年　８月／乙日

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．アクリルモノマーを含む自己重合性セメントの一成分として有用な液体ポリ マー組成物であって、該液状ポリマー組成物が、フリーラジカル付加重合し易い 置換された若しくは置換されていないビニル又はビニデン基を含有するモノマー のホモポリマーを２個、３個又はそれより多くのビニル又はビニデン基を含有す るモノマーで架橋した粒からなるポリマー材料を更に含み、前記の粒は、（ａ） 該モノマー又はモノマー混合物をバルク重合して製造される材料の溶解度パラメ ータより２．５ｃａｌ１／２ｍｌ−３／２低い値から２．５ｃａｌ１／２ｍｌ− ３／２高い値までの溶解度パラメータを有し、かつ、（ｂ）該モノマー又はモノ マー混合物をバルク重合して製造される材料と同一又は隣接する水素結合群に属 する溶剤中でゾルを形成することができるものであり、かつ、前記の粒はポリマ ーのゲル化を回避するように該モノマー又はモノマー混合物を重合させて製造さ れるものであることを特徴しする液体ポリマー組成物。
2. ２．架橋された粒がメタクリル酸エステルの重合から誘導されることを特徴とす る請求の範囲第１項のポリマー組成物。
3. ３．メタクリル酸エステルが、メタクリル酸のメチル、エチル、プロピル、ブチ ル又は２−エチルヘキシルからなる群から選択されることを特徴とする請求の範 囲第２項のポリマー組成物。
4. ４．架橋剤が、ポリエチレングリコールのビスメタクリレートエステル、エチレ ングリコールのビスメタクリレートエステル及びシアヌル酸トリアリルからなる 群から選択されることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項の組成物。
5. ５．架橋された粒が５，０００乃至２０，０００，０００の重量平均分子量を有 することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第４項の組成物。
6. ６．架橋された粒が１０ｎｍ乃至０．１μｍの範囲内の平均粒径を有することを 特徴とする請求の範囲第１項乃至第５項の組成物。
7. ７．アクリルモノマーがアクリル酸及びメタクリル酸のメチル、エチル、プロピ ル及びブチルエステルからなる群から選択されることを特徴とする請求の範囲第 １項乃至第６項の組成物。
8. ８．モノマーと架橋粒成分とを３：１乃至１０：１の重量比で含有することを特 徴とする請求の範囲第１項乃至第７項の組成物。
9. ９．５０センチポイズ未満の粘度を有することを特徴とする請求の範囲第１項乃 至第８項の組成物。
10. １０．極姓溶剤を更に含有することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第９項の 組成物。
11. １１．重合禁止剤を更に含有することを特徴とする請求の範囲第１項乃至第１０ 項の組成物。
12. １２．重合禁止剤がヒドロキノンであることを特徴とする請求の範囲第１１項の 組成物。
13. １３．該液体が二元重合触媒系の一成分を含有することを特徴とする請求の範囲 第１項乃至第１２項の組成物。
14. １４．該液相が三級アミンを含有することを特徴とする請求の範囲第１３項の組 成物。
15. １５．アクリル酸のポリマー又はコポリマーを含む固相成分と請求の範囲第１３ 項乃至第１４項の液相成分を緊密に混合して調整される自己重合性シーリングセ メント。
16. １６．固相成分と液相成分を別々の無菌パックに含むことを特徴とする請求の範 囲第１５項の自己重合性シーリングセメントを調製するためのパック。
17. １７．前記実施例を引用して前述した請求の範囲第１項乃至第１４項のポリマー 組成物。
18. １８．前記実施例を引用して前述した自己重合性シーリングセメント。