KOMPOZYTY

technologie przetwarzania

Rys historyczny

W połowie XX wieku prowadzono prace

w celu poprawy właściwości materiałów

akrylowych samopolimeryzujących

stosowanych wówczas do wypełnień.



Nowy materiał miał posiadać następujące cechy:

–

Mniejszą kurczliwość w czasie polimeryzacji

–

Większą odporność na ścieranie

–

Zwiększony stopień polimeryzacji, w celu

zmniejszenia zawartości monomeru

resztkowego i zmniejszenia

niebezpieczeństwa toksycznego uszkodzenia

miazgi

Rys historyczny cd

W latach pięćdziesiątych Bowen

przeprowadził próbę syntezy monomeru

o zwiększonej cząsteczce z bis fenol – A

– glicydylmetakrylanem (Bis GMA) oraz

z dodaniem nieorganicznych cząstek

krzemowych



W połowie lat sześćdziesiątych

wprowadzono na rynek pierwsze

tworzywa sztuczne nazwane

kompozytami – materiałami złożonymi

Skład materiałów

złożonych



Matryca polimerowa (matrix) -

składnik organiczny



Cząstki wypełniacza rozproszone w

matrycy - składnik nieorganiczny



Czynnik wiążący – silan (organiczny

dwufunkcyjny związek krzemu)

Składniki organiczne

Większość materiałów kompozytowych jest

na bazie:



Dwumetakrylanów Bis – GMA lub



Dwumetakrylanów uretanowych UDMA
Budowa chemiczna

= C – R – C = CH

Bis – GMA lub UDMA

R – oznacza jedną z wielu możliwych grup

organicznych (m.in. fenylo-, metylo-,

karboksy-, hydroksy-, amido-)

Składniki organiczne cd



Związki powstałe z co najmniej dwóch
cząstek organicznych o średniej masie
cząsteczkowej nazywane są
oligomerami



Oligomery Bis – GMA i UDMA są lepkimi
cieczami



Dodanie monomerów
dwumetakrylanowych o małej masie
cząsteczkowej dla uzyskania
konsystencji pasty kompozytowej

Składniki organiczne cd



Polimeryzacja (utwardzanie
kompozytów) dzięki podwójnym
wiązaniom



Komonomery (rozcieńczalniki) -
rozcieńczają lepkie ciecze żywic
matrycowych



W niewielkim stopniu reagują z
monomerami stąd tworzą największą
część monomerów resztkowych

Składniki nieorganiczne -

wypełniacze



Najczęściej kwarc, krzemionka, krzemian

litowo-glinowy oraz szkło barowe,

glinowe, strontowe, cynkowe i iterbowe



Wpływają w znacznym stopniu na

właściwości fizyko-chemiczne

kompozytów



Wagowo stanowią ponad 50%kompozytów



Rola wypełniacza

– Z

mniejsza kurczliwość w czasie polimeryzacji

– Zmniejsza wchłanianie wody
– Zmniejsza współczynnik rozszerzalności termicznej
– Podwyższa odporność na ścieranie, nacisk, zgniatanie

Podział w zależności od

wielkości cząstek:

Najnowsze generacje

kompozytów



Kompozyty nanowypełniaczowe
(nanokompozyty)

na bazie nanowypełniaczy (10

-9

Nanocząsteczki – w stosunku do swej masy
mają bardzo duże pole powierzchni, które
dodatkowo można modyfikować chemicznie
- krzemionki
- tlenek cyrkonu
- tlenek tytanu
- ceramika / tlenek cyrkonu / srebra

Właściwości

nanokompozytów



Bardziej homogenne



Wytrwałe mechanicznie



Nie są wodochłonne



Niewielka rozpuszczalność



Nie przebarwiają się



Doskonała polerowalność

Czynniki wiążące



Silan

3-metakryloksypropylotrójmetoksysilan



Łączy nieorganiczny wypełniacz z

organicznym oligomerem podczas

wiązania materiału w procesie

wiązania



Dzięki właściwościom hydrofobowym

zostaje wbudowany w strukturę

polimeru podłoża organicznego

Barwniki



Tlenki nieorganiczne

- w niewielkich

ilościach dla upodobnienia do barwy
zęba



Najczęściej kompozyty produkuje się w
czterech tonacjach: A, B, C i D



Oraz „podbarwiacze” - intensywne
barwniki dodawane do kolorów
podstawowych



Obecnie barwy jasne - do zębów
wybielanych

Rodzaje kompozytów



Ze względu na rodzaj i wielkość
cząsteczek wypełniacza rozróżnia się:



Kompozyty mikrohybrydowe

mieszanina cząstek drobnych i
bardzo drobnych stanowią ok. 84%
- cząstki bardzo drobne wypełniają
przestrzenie między cząstkami
drobnymi – sprzyja poprawie
właściwości kompozytu

Rodzaje kompozytów cd



Kompozyty z
mikrowypełniaczem
- mają bardzo drobny
wypełniacz o sumarycznie
dużej powierzchni
- w oligomerze może objętość
wypełniacza stanowić 35 – 50%

Rodzaje kompozytów cd.

Lutz dzieli kompozyty na:

1. Konwencjonalne (z
makrowypełniaczem)
2. Z mikrowypełniaczem

- niehomogenne
- homogenne

Rodzaje kompozytów cd.



Kompozyty konwencjonalne

makrowypełniacze (> 1µm)

– (kwarc, szkło barowe, strontowe lub

krzemianobarowe)



Kompozyty z mikrowypełnieniem

(0,01 –

0,04 µm) - cząsteczki SiO

Mały procent wypełniaczy warunkuje

właściwości:

– dużą kurczliwość polimeryzacyjną oraz wysoki

współczynnik rozszerzalności termicznej

– małe cząsteczki – gładka, błyszcząca

powierzchnia, dobra polerowalność

Rodzaje kompozytów cd.



Kompozyty z mikrowypełniaczem
niehomogenne – najpierw
polimeryzacja monomerów z
drobnocząsteczkowym SiO

następnie mieli się i miesza z
pozostałymi mikrocząsteczkami
SiO

i organiczną matrycą



Wzrost udziału wypełniacza do 80
%

Rodzaje kompozytów cd.



Konwencjonalne – obecnie

rzadko stosowane



Hybrydowe z

mikrowypełniaczem



Nanokopozyty (obecnie

najczęściej)

Polimeryzacja

kompozytów



Przebieg polimeryzacji zapewnia:
- układ oksyredukcyjny

(katalizator/aktywator)
- fotoinicjator

(inicjator/koinicjator)



Rodzaje:

– samopolimeryzacja
– fotopolimeryzacja

Polimeryzacja

kompozytów cd.



Kompozyty chemoutwardzalne

– polimeryzacja pod wpływem nadtlenku

organicznego i aminy organicznej

– System dwóch past: pasty

katalizatorowej z inicjatorem oraz pasty

podstawowej z aktywatorem



W wyniku reakcji powstają wolne rodniki,

które powodują rozpad podwójnych wiązań

węglowych obecnych w monomerach, co

rozpoczyna proces polimeryzacji. Po

połączeniu dwóch past reakcja postępuje

samorzutnie (3-5 min)

Polimeryzacja

kompozytów cd.



Kompozyty utwardzane światłem
(światłoutwardzalne)

- 1 pasta z fotoinicjatorem - chinon
kamforowy aktywowany światłem o
długości fali 470 nm (światło niebieskie)



Czas ekspozycji na światło 20- 40 s, nowsze
kompozyty 10-20 s



Kompozyty techniczne osiągają wyższy
stopień polimeryzacji (wyższa temperatura
i światło o wyższej intensywności)



Mały skurcz polimeryzacyjny



Współczynnik rozszerzalności zbliżony

do współczynnika rozszerzalności

tkanek zęba



Duża odporność na złamanie



Mały stopień ścieralności



Nieprzepuszczalność dla promieni rtg



Duża siła wiązania ze szkliwem i

zębiną

Właściwości kompozytów



Łatwość doboru koloru kompozytu
zbliżonego do koloru tkanek zęba
(zębiny i szkliwa)



Łatwość manipulacji



Łatwość końcowego opracowania i
wygładzenia uzupełnienia
(polerowanie)

Właściwości kompozytów



Skurcz polimeryzacyjny

– kompozyty mikrohybrydowe

podczas polimeryzacji kurczą się
mniej niż kompozyty z
mikrowypełniaczem, gdyż
wielkość skurczu jest wprost
proporcjonalna do ilości matrycy
organicznej

Właściwości kompozytów

cd.



Przewodnictwo cieplne



Wielkość przewodnictwa

cieplnego kompozytów bliska

wartości przewodnictwa

cieplnego szkliwa i zębiny



Dzięki temu zapewniają dobrą

ochronę miazgi przed

bodźcami termicznymi

Właściwości kompozytów

cd.



Rozszerzalność cieplna



Zakres rozszerzalności cieplnej

kompozytów większy niż tkanek

twardych



Wielkość ekspansji termicznej zależy

ilości matrycy organicznej



Im więcej matrycy tym większy

współczynnik rozszerzalności cieplnej



Stąd kompozyty z mikrowypełniaczem

odznaczają się większą

rozszerzalnością termiczną niż

mikrohybrydowe

Właściwości kompozytów

cd.



Wodochłonność



Za wodochłonność odpowiedzialna jest

matryca organiczna



Kompozyty z mikrowypełniaczem

odznaczają się większą wodochłonnością



Uzupełnienia z kompozytów z

mikrowypełniaczem łatwiej ulegają

przebarwieniu barwnikami

rozpuszczalnymi w wodzie; pęcznieją,

ale nie wyrównuje to efektu skurczu

polimeryzacyjnego

Właściwości kompozytów

cd.



Odporność na ściskanie i rozciąganie



Odporność na ściskanie wzrasta

liniowo wraz ze wzrostem objętości

wypełniacza w kompozycie



Większą odpornością odznaczają się

kompozyty mikrohybrydowe



Obecnie uważa się, że jedną z

przyczyn uszkodzeń kompozytowych

jest niedostateczna odporność na

naprężenia

Właściwości kompozytów

cd.



Moduł elastyczności



Zależy od ilości wypełniacza i zwiększa się

wykładniczo ze wzrostem jego objętości



Inaczej nazywany sztywnością kompozytu



Mniejsza ilość wypełniacza w kompozycie

z mikrowypełniaczem stąd moduł

elastyczności stanowi tylko ½ lub ¼

modułu elastyczności kompozytu z

większą ilością wypełniacza

mikrohybrydowego

Właściwości kompozytów

cd.



Moduł elastyczności



Sztywność materiału wskazana
w miejscach narażonych na
znaczne siły zgryzowe



Kompozyty z
mikrowypełniaczem wskazane
na miejsca narażone na większe
naprężenia

Właściwości kompozytów

cd.



Twardość



Stanowi funkcję wykładniczą
objętości zajmowanej przez
wypełniacz a w mniejszym stopniu
zależy od twardości wypełniacza



Wyższa zawartość wypełniacza w
kompozycie mikrohybrydowym
zapewnia większą odporność na
ścieranie

Zastosowanie

kompozytów



Stomatologia rekonstrukcyjna
- odbudowa bezpośrednia:
wypełnienia wszystkich klas,
licówki, wkłady koronowe

- odbudowa pośrednia: kompozyty

laboratoryjne do wykonywania
wkładów i licówek oraz koron i
mostów wykonywanych bez metalu
lub na podbudowie metalowej

Zastosowanie

kompozytów cd.



Metoda pośrednia:

–

modeluje się na przygotowanych wcześniej

modelach (technika pośrednia)

–

następnie poddaje się zabiegom zwiększenia

wytrzymałości za pomocą światła, wysokiej

temperatury, dużego ciśnienia i próżni

–

w celu zwiększenia wytrzymałości

kompozytu dodaje się do niego włókna

szklane (np. Fibre Cor, Vectris)

–

uzupełnienia przygotowane w laboratorium

cementuje się w ustach pacjenta za pomocą

specjalnych cementów adhezyjnych

Najnowsze materiały

złożone - ceromery



Ceromery (Ceramic optymized polimers)

-polimery ulepszone materiałami

ceramicznymi



zawierają specjalnie przygotowany

wypełniacz ceramiczny od 0,04 do 1,0

µm w formie silanizowanych cząsteczek



silnie zagęszczony do 85 % wagowo



może być ulepszany termicznie w

specjalnych komorach do naświetlania

np. Targis

Ceromery cd.



Targis – właściwości:

- przezierność i fluorescencja

podobna

do materiałów ceramicznych
- ścieralność zbliżona do ścieralności
naturalnego szkliwa
- znakomita wytrzymałość
- duża odporność na zginanie
- łatwe cementowanie

Materiały złożone

wzmocnione włóknem

szklanym



Tworzywo Vectris zamiast metalu
(czapeczka)



FRC (fibre reinforced composite)

– składa się z kilku warstw siateczki
z wiązek włókien szklanych

przebiegających w tym samym
kierunku lub wielokierunkowo

– technologie znane w lotnictwie i

budownictwie okrętów

Materiały złożone

wzmocnione włóknem

szklanym cd.



Zastosowanie w przypadku

długotrwałych obciążeń oraz w

przypadku wymagania wykonania

lekkiej konstrukcji, gdyż zapewniają

doskonałą wytrzymałość



Vectris moduł elastyczności zbliżony

do zębiny:

- zębina 16 – 18 000 N/mm
- Vectris 11 300 N/mm
- metal 200 000 N/mm

Korony Vectris/Targis



Wytłoczona

czapeczka Vectris

jako podbudowa

korony jednolitej z

tworzywa (Targis-

Vectris, Ivoclar);

wewnątrz

tworzywa

widoczna sieć

włókien szklanych

Korony Vectris/Targis



Korony jednolite z
tworzywa Targis-
Vectris w tym
przypadku zostały
zastosowane jako
długookresowe
uzupełnienia
tymczasowe, aby
zwiększyć pionową
relację szczęki i
żuchwy