Technik_5_2013

O W O C Z E S N Y

E C H N I K

E N T Y S T Y C Z N Y

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

Drobnodyspersyjny
proszek TiO

jako sposób wzmacniania polimetakrylanu metylu

zwłaszcza w niskich temperaturach.
Aby poprawić udarność opisywanego
materiału, należy poddać go kopoli-
meryzacji z elastomerami o małej
temperaturze zeszklenia, wzmocnić
go włóknami lub cząstkami drobno-
dyspersyjnymi. Tworzywo akrylowe
jest odporne na oddziaływanie kwa-
sów i zasad, natomiast jest podatne
na oddziaływanie estrów, eterów, ke-
tonów, stężonych alkoholi oraz kwa-
sów nieorganicznych. Polimetakrylan
metylu jest mało odporny na zaryso-
wania.

Produkty wykonywane z akrylu,

oprócz zastosowania w protetyce
stomatologicznej, często stosowane
są jako baza cementu kostnego. Znaj-
dują swoje zastosowanie głównie
w przemyśle lotniczym do szklenia
kabin samolotów czy szybowców, jako
że materiał jest odporny na działania
atmosferyczne oraz – co istotne – nie
ulega zamgleniu nawet przy znaczącej
różnicy temperatur. W tab. 1 zostały
przedstawione podstawowe właściwo-
ści polimetakrylanu metylu.

W tworzywach sztucznych, a zatem

również w polimetakrylanie metylu,
znajdują się różnorodne składniki
dodatkowe. Ich zawartość może wy-
nosić od ułamka do kilkudziesięciu
procent. Są one dodawane w celu mo-
dyfikacji właściwości tworzyw sztucz-
nych. Do tych składników zaliczamy:
stabilizatory, napełniacze, barwniki
oraz pigmenty, zmiękczacze i środki
tiksotropujące (składniki powodujące

POSÓB

OTRZYMYWANIA

POLIMETAKRYLANU

METYLU

JEGO

WŁAŚCIWOŚCI

ZASTOSOWANIE

W uzależnieniu od warunków, w ja-
kich przeprowadzona została po-
limeryzacja, uzyskujemy polimer
ataktyczny (konfiguracja wszystkich
merów nie jest jednakowa lub nie po-
wtarza się w jednakowych blokach
albo sekwencjach), syndiotaktyczny
(podstawniki są ułożone ściśle naprze-
miennie) albo izotaktyczny (podstaw-
niki są ułożone we wszystkich merach
jednakowo). Polimetakrylan metylu
produkowany w skali przemysłowej
jest polimerem ataktycznym.

Jest on materiałem twardym, o du-

żej transparencji ok. 90-92%, promie-
nie ultrafioletowe są przepuszczane
w ok. 70%. Mając takie właściwości,
tworzywo zyskało miano szkła orga-
nicznego. Temperatura mięknienia
tworzywa wynosi 100÷125°C. PMMA
jest materiałem biokompatybilnym,
gdyż jest tworzywem nietoksycz-
nym, niewydzielającym smaku czy
zapachu; jest też materiałem słabo
nasiąkliwym. Ponadto cechuje go od-
porność na światło słoneczne oraz
ozon. Polimetakrylan metylu podda-
ny wysokiej temperaturze spala się
wolno, żółto-niebieskim płomieniem,
a temperatura jego zapłonu wynosi ok.
290°C. Ma dobre właściwości mecha-
niczne, jak i elektryczne. Zasadniczą
wadą jest fakt, że tworzywo to wyka-
zuje małą odporność na udarność,

TITLE

TiO

powder as a way

of enhancing polymethyl methacrylate

SŁOWA KLUCZOWE

dodatek TiO

wzmacnianie polimetakrylanu metylu

STRESZCZENIE

W artykule

zaprezentowano wyniki pomiarów
twardości Shore’a i udarności
kompozytów na bazie polimetakrylanu
metylu. Dowiedziono korzystny wpływ
dodatku TiO

zarówno na twardość, jak

i udarność materiałów PMMA/TiO

KEY WORDS

TiO

supplement,

strengthening PMMA

SUMMARY

This paper presents the

results of Shore hardness and impact
resistance measurements for composites
based on PMMA. The beneficial effect
of TiO

addition on both the hardness

and impact resistance of PMMA/TiO

materials was confirmed.

dr inż. Dorota Klimecka-Tatar

, inż. Michał Nalewajek

olimetakrylan metylu

(PMMA) należy

do grupy polimerów
akrylowych, które otrzymuje
się między innymi w reakcji

polimeryzacji estru kwasu
metakrylowego. Polimetakry-
lan metylu jest uzyskiwany

w efekcie rodnikowej polime-

ryzacji metakrylanu metylu.

/ 2 0 1 3

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

odwracalną, izotermiczną przemianę
żelu w zol pod wpływem czynników
mechanicznych, np. mieszania).

OLIMETAKRYLAN

METYLU

PROTETYCE

STOMATOLOGICZNEJ

W protetyce stomatologicznej polime-
takrylan metylu występuje w dwóch
wariantach: do polimeryzacji termicz-
nej, tzw. polimeryzacji na gorąco, oraz
do polimeryzacji na zimno, która na-
stępuje po doprowadzeniu odpowied-
nich katalizatorów. W obu przypad-
kach polimery są tworzone w sposób
podobny, z tych samych składników
wyjściowych. Różnica między nimi
polega na sposobie zapoczątkowania
reakcji polimeryzacji (1).

W przypadku tworzyw akrylowych

polimeryzujących na gorąco do reak-
cji polimeryzacji dochodzi po dopro-
wadzeniu odpowiedniej ilości ciepła
do tworzywa. W tworzywach samo-
polimeryzujących, czyli jak zwykło się
potocznie mówić, tworzywach akry-
lowych polimeryzujących na zimno,
reakcję rozpoczynają doprowadzone
w płynie katalizatory.

Samopolimery (lub szybkopolime-

ry) w protetyce znajdują zastosowanie
przy naprawach protez akrylowych,
jako tworzywa do akrylowania protez
szkieletowych oraz na płyty w apara-
tach ortodontycznych. Akryle samo-
polimeryzujące uważa się za materia-
ły gorsze od akryli polimeryzujących
na gorąco. Jest to spowodowane głów-
nie częstymi przebarwieniami mate-
riału oraz wysoką zawartością mono-
meru resztkowego. Temat monomeru
resztkowego w tworzywach akrylo-
wych polimeryzujących na zimno jest
szeroko dyskutowany. Należy zwrócić
uwagę na to, że dla wartości dotyczą-
cych ilości monomeru resztkowego,
jakie są dostępne w piśmiennictwie,
duże znaczenie ma ustalony w spo-
sób doświadczalny moment pomiaru.
W samopolimerach w istocie mamy
do czynienia z dalszą polimeryzacją,

a zatem z upływem czasu zmniejsza
się ilość monomeru resztkowego. Nie
mamy jednak do czynienia z wydziela-
niem się płynnego monomeru do oto-
czenia (2). Istotną rzeczą, jaką należy
stwierdzić, jest fakt, że tworzywa akry-
lowe polimeryzujące na gorąco mają
znacznie niższą zawartość monomeru
resztkowego w porównaniu z tworzy-
wami polimeryzującymi na zimno.
Faktem jest również, że szybkopolime-
ry nie są tak odporne na złamania jak
akryle polimeryzowane termicznie.
Nie jest zatem wskazane wykonywa-
nie z nich płyt protez osiadających (3).

Tworzywa akrylowe polimeryzujące

na gorąco w protetyce znajdują zasto-
sowanie głównie przy akrylowaniu
protez częściowych lub całkowitych.
Jest on materiałem najchętniej wy-
bieranym przez lekarzy oraz techni-
ków spośród sporej gamy materiałów
do ruchomych uzupełnień protetycz-
nych, takich jak tworzywo nylonowe
czy tworzywo acetalowe.

HARAKTERYSTYKA

AKRYLU

Tworzywo akrylowe, zwane również
szkłem akrylowym, jak już wcześniej
opisano, ma bardzo szeroki zakres

zastosowań i wykorzystywane jest
w produkcji wyrobów w wielu gałę-
ziach przemysłu. Głównym składni-
kiem tworzywa akrylowego jest po-
limetakrylan metylu, a w zależności
od wymogów aplikacyjnych może
w swoim składzie zawierać różne do-
mieszki. W niniejszej charakterysty-
ce skupimy się jednak na tworzywie
akrylowym stosowanym w wytwa-
rzaniu ruchomych protez zębowych.
Akryl charakteryzuje się dużą prze-
zroczystością w zakresie światła wi-
dzialnego, odpornością na działanie
promieni UV, dzięki czemu materiał
nie żółknie, charakteryzuje się małym
przewodnictwem cieplnym, co powo-
duje, że pacjenci odczuwają obniżenie
wrażliwości błony śluzowej pod płytą
protezy na zmianę temperatur. Jest
łatwy w obróbce, wytrzymały na ści-
skanie i rozciąganie.

Tworzywo akrylowe do sporządza-

nia protez zębowych jest dystrybu-
owane w postaci proszku oraz płynu,
które po zmieszaniu w odpowiednich
proporcjach podanych przez produ-
centa ulegają reakcji polimeryzacji.
Głównym składnikiem płynu jest mo-
nomer – metakrylan metylu o bardzo

Właściwości polimetakrylanmetylu

Gęstość

1180 kg/m

Moduł Younga (20°C)

3000 MPa

Wytrzymałość na rozciąganie

68-75 MPa

Udarność

2 kJ/m

Temperatura zeszklenia

106°C

Temperatura mięknienia wg Vicata

92-108°C

Chłonność wody (24 h)

30 mg

Tab. 1. Podstawowe właściwości PMMA

PMMA/TiO

Twardość średnia, Sh

0% TiO

27,2 ± 4,1

5% TiO

33,2 ± 2,0

10% TiO

36,8 ± 2,1

15% TiO

52,0 ± 4,0

Tab. 2. Wyniki pomiarów twardości wykonanych metodą Shore’a,

Sho

PMMA/TiO

Średnia udarność, kJ/m

0% TiO

1,46

5% TiO

2,20

10% TiO

2,50

15% TiO

2,90

Tab. 3. Wyniki badań udarności metodą Charpy’ego

O W O C Z E S N Y

E C H N I K

E N T Y S T Y C Z N Y

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

dużej lotności. W celu zapobiegnięcia
polimeryzacji monomeru w czasie
przechowywania dodaje się do niego
inhibitory, np. hydrochinon w ilości
poniżej 0,1%. Ponadto w płynie mogą
znajdować się również dimetyloakry-
lan (w celu wytworzenia polimeru
usieciowanego, co zwiększa odpor-
ność na pęknięcia powierzchniowe)
oraz amina organiczna (akcelerator).
Jako że do rozpoczęcia polimeryzacji
wystarczyłoby światło ultrafioletowe,
płyn jest przechowywany w ciemno-
brązowych butelkach, stanowiących
barierę dla promieni UV. Proszek na-
tomiast składa się z polimetakrylanu
metylu, który występuje w postaci ma-
łych kulek nazywanych perłami lub
koralami. Ponadto w jego skład wcho-
dzi organiczny nadtlenek jako inicja-
tor, który jest zawarty w ilości ok. 1%.
To on podczas rozkładu inicjowanego
temperaturą lub chemicznie zaczyna
reakcję polimeryzacji. Czysty akryl
jest po spolimeryzowaniu przeźro-
czysty, dlatego w celu uzyskania odpo-
wiedniej barwy dodawane są również
substancje nieorganiczne – tzw. pig-
menty, takie jak tlenek żelaza, siarczek
rtęci czy siarczek kadmu. Pigmenty
są dodawane w takich ilościach, aby
dopasować odcień tworzywa do ko-
loru błony śluzowej pacjenta. W celu
poprawy estetyki poprzez imitowanie
małych naczyń krwionośnych doda-
je się wysuszone włókna syntetyczne
(tzw. „żyłki”) (4).

Wszystkie akryle, które są stosowane

w protetyce, są przepuszczalne dla pro-
mieni rtg. Powoduje to niebezpieczeń-
stwo, jakim może być fakt, że zaaspi-
rowane elementy zniszczonej protezy,
np. wskutek wypadku, mogą być trud-
ne do wyjęcia. Dzięki dodatkom soli
bizmutu bądź uranu w ilości 10-15%
można poprawić kontrastowość akrylu
na promienie rtg. Trzeba być jednak
świadomym faktu, że dodatek zwięk-
szających kontrast składników może
być przyczyną pogorszenia się walo-
rów mechanicznych tworzywa, sprzy-

jając wyginaniu się materiału oraz pod-
wyższając sorpcję wody.

Protezy akrylowe w czasie polimery-

zacji ulegają skurczowi objętościowe-
mu na poziomie 6%, co w odniesieniu
do skurczu liniowego odpowiada 2%.
Fakt ten wymusił stosowanie odpo-
wiednich technik wytwarzania. Dzięki
tym technikom pracy udało się ograni-
czyć skurcz liniowy do 0,5%.

Akrylowi nie jest również obojęt-

ne środowisko wody. Sorpcja wody
w akrylu jest wysoka, bo wynosi
aż 0,6 mg/cm

. Po osiągnięciu nasyce-

nia przez akryl obserwuje się sorpcję
na poziomie nawet 2%. Dzięki temu
proteza ulega nieznacznemu powięk-
szeniu, co powoduje lepsze przylega-
nie w jamie ustnej pacjenta.

Akryl cechuje mała rozpuszczal-

ność. Niewielka ilość substancji wy-
płukiwanych przez płyny ustrojowe
jamy ustnej stanowi monomer reszt-
kowy (4).

MOCNIENIE

POLIMERÓW

W większości tworzyw sztucznych
oprócz polimeru, czyli składnika
podstawowego, są również obecne
substancje dodatkowe, które służą
do modyfikacji własności tychże two-
rzyw. Do substancji dodatkowych,
wyjąwszy zmiękczacze, stabilizatory,
środki zmniejszające palność, środki
barwiące itd., zaliczamy również na-
pełniacze. Napełniaczami mogą być:
tlenki metali (np. biel tytanowa), mącz-

ka kwarcowa, skrawki tkanin, sadze,
talki, proszki metaliczne dodawane
przede wszystkim do tworzyw termo-
utwardzalnych oraz włókna z szero-
kiej gamy materiałów. Wprowadza
się je w celu polepszenia ich wytrzy-
małości przez ograniczenie zdolności
do przemieszczeń cząsteczek linio-
wych. Obecność napełniaczy w formie
włókien czy też w formie proszkowej
hamuje przemieszczanie się makro-
cząsteczek polimerów, powodując
umocnienie tworzyw sztucznych. Do-
dając napełniacz do tworzywa, nale-
ży ustalić optymalną jego ilość, biorąc
pod uwagę własności tworzywa oraz
przeznaczenie materiału (5).

Włókna stosowane jako napełniacze

w polimetakrylanie metylu (tzw. „żył-
ki”) są używane w protetyce w celu
podwyższania jego wytrzymałości
oraz podniesienia estetyki materiału.
Włókna obecne w akrylu imitują na-
czynia obecne w obrębie jamy ustnej,
co podwyższa wizualną jakość uzu-
pełnienia protetycznego. Napełniacza-
mi, jakie są stosowane w tworzywach
akrylowych używanych w protetyce,
są głównie włókna: szklane, aramido-
we, polietylowe, ceramiczne i węglo-
we.

Włókna stosowane jako napełnia-

cze w akrylach do zastosowań w pro-
tetyce stomatologicznej powinny mieć
dużą odporność na rozciąganie, być
biokompatybilne oraz spełniać szereg
wymogów estetycznych (kolor, prze-
wodność cieplna). Gotowe do zastoso-
wania włókna napełniacze mogą być
wstępnie zaimpregnowane żywicą me-
takrylową i splanowane, co ułatwia
uzyskanie dobrego połączenia po-
wierzchni napełniacza i osnowy. Złe
przygotowanie powierzchni włókien,
tzn. nieprzesączenie materiału żywi-
cą, może uniemożliwić ich połącze-
nie z tworzywem akrylowym. Włókno
działa wówczas jak wada materiałowa
(brak ciągłości), co może dawać nawet
negatywny skutek w postaci osłabie-
nia materiału akrylowego.

Rys. 1. Schemat budowy skleroskopu Shore’a (12)

s. ar

chiwum autor

ów

/ 2 0 1 3

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

asystentka stomatologiczna oraz higienistka stomatologiczna

–

0 zł czesnego, wpisowe 200 zł jednorazowo

Prawidłowe przygotowanie włókna przedstawia się w na-

stępujący sposób: w pierwszym etapie włókna poddaje się
działaniu silanów. Są to z reguły silany zawierające grupy
metakrylanowe, które ulegają polimeryzacji. Kolejnym
etapem produkcji włókien jest pokrycie ich powierzchni
niedużą ilością polimeru akrylowego, co ma ułatwić połą-
czenie z materiałem oraz zwiększyć elastyczność samego
włókna (3).

Po przeanalizowaniu stopnia zużycia protez wzmoc-

nionych włóknami, które były użytkowane przez czte-
ry lata, dr Kathe Narva (6) zaobserwowała, że zaledwie
4 z 51 protez uległy złamaniu, co oznacza 92% skutecz-
ności w przypadku wzmocnienia tworzywa akrylowego
włóknami sztucznymi.

Jednym z najczęstszych napełniaczy proszkowych są:

biel ołowiowa siarczanowa (PbSO

), biel cynkowa (ZnO),

litopon (BaSO

+ ZnS) i biel tytanowa (TiO

). Biel tytano-

wa, tzn. TiO

to najpowszechniej stosowane związki oma-

wianej grupy, a udział ich stanowi około 50% napełniaczy
w technologii tworzyw sztucznych (7).

Tlenek tytanu (IV), ditlenek tytanu, dawniej dwutlenek

tytanu, ma wiele zastosowań. Najczęściej wykorzystywa-
ny jest jako biały pigment do farb i środek wybielający
papier.

MOCNIENIE

PMMA

CZĄSTKAMI

Dotychczas większość opublikowanych prac dotyczyła
w szczególności kompozytów polimetakrylanu metylu
z zastosowanym wypełniaczem, którym była krzemion-
ka (8). W ciągu ostatnich lat możliwość zastosowania tlen-
ków metali jako wypełniaczy w polimerach została już
zauważona w kilku pracach naukowych (9, 10). Uzyskany
kompozyt może wykazywać lepsze właściwości cieplne,
elektryczne, termiczne, mechaniczne oraz optyczne (11).

Badania wpływu nanocząsteczek TiO

na mechanizm

degradacji polimetakrylanu metylu było przeprowadzane
na próbkach o zawartości TiO

0÷20% masy. Po spolime-

ryzowaniu preparaty były badane metodą analizy termo-
grawimetrycznej (TGA), a ich struktura podlegała również
badaniom z wykorzystaniem mikroskopu skaningowego
(SEM) oraz elektronowego mikroskopu transmisyjnego
(TEM).

Z literatury (11) wynika, że cząsteczki TiO

zwiększają

stabilność termiczną PMMA, dla kompozytów PMMA/TiO

o różnej zawartości wypełniacza TiO

a temperatura ich

zniszczenia jest wyższa niż dla czystego PMMA. W zasa-
dzie w kompozytach PMMA/TiO

o zawartości 15 i 20%

TiO

bardzo łatwo spowodować, by

wypełniacz był równo-

miernie rozmieszczony w całej objętości wyrobu, co może
być wynikiem dobrego pokrycia cząstek tlenku tytanu po-
limetakrylanem metylu.

Założono, że lepsza stabilność termiczna jest spowo-

dowana ograniczeniem przez TiO

ruchomości łańcu-

cha polimeru. Wprowadzenie tlenku między struktury
makrocząsteczki wpływa zatem korzystnie na ułożenie
łańcuchów i ich stabilność. Stabilność łańcuchów w po-
limerze oznacza podniesienie walorów wytrzymałościo-
wych materiału.

ZAKRES

BADAŃ

W niniejszej pracy określono wpływ dodatku drobno dys-
persyjnego proszku TiO

na właściwości użytkowe po-

wszechnie stosowanego w pracach z zakresu protetyki
stomatologicznej tworzywa polimetakrylowego. Na podsta-
wie studiów literaturowych stwierdzono, że podstawowymi
ograniczeniami w zastosowaniu polimetakrylanu metylu
są jego niska wytrzymałość na odkształcenie dynamiczne
oraz mała odporność na zarysowania. W pracy, ze wzglę-
du na charakter sił działających na tworzywo akrylowe
w warunkach aplikacyjnych, podjęto próbę poprawienia
udarności przez wprowadzenie napełniacza TiO

Do przygotowania próbek wykorzystano tworzywo poli-

meryzujące na gorąco Villacryl H Plus, który znajduje za-
stosowanie w wykonywaniu protez zębowych całkowitych,
całkowitych osiadających oraz protez częściowych. Proszek
Villacryl H Plus zawiera napełniacz w postaci tzw. „żyłek”.

r e k l a m a

O W O C Z E S N Y

E C H N I K

E N T Y S T Y C Z N Y

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

Zakładana zawartość monomeru reszt-
kowego w gotowym, utwardzonym
tworzywie nie przekracza 2,2% masy.
Materiał odpowiada normie PN-EN ISO
20795-1; Typ I, Klasa I, kolor V4.

W celu wytworzenia kompozy-

tu na bazie PMMA wykorzystano
drobnodyspersyjny proszek TiO

(rutyl), który został dodany do prosz-
ku akrylowego w proporcjach, które
pozwoliły na uzyskanie kompozytu
PMMA/TiO

, gdzie zawartość TiO

wynosiła odpowiednio 5, 10 i 15%
masy.

Próbki do badań zostały wykona-

ne zgodnie z normami odpowiadają-
cymi przeprowadzonym badaniom
(PN-81/C-89029, oznaczanie udarno-
ści metodą Charpy). Do pomiaru ener-
gii potrzebnej w próbie udarności uży-
to próbki o wymiarach 12 x 6 x 3 mm,
natomiast do pomiarów twardości
metodą Shore’a użyto próbki o wy-
miarach ø = 16 mm i wysokości 6 mm
– wszystkie wymiary ± 0,5 mm.

Pierwowzory próbek zostały wyko-

nane z wosku modelowego w formach
silikonowych, a same próbki zostały
wykonane metodą tradycyjnej polime-
ryzacji termicznej w puszkach prze-
znaczonych do polimeryzacji protez
akrylowych.

Do wykonania formy używamy gip-

su II klasy, który wymieszano z wodą
zgodnie z zaleceniami producenta,
a próbki (pierwowzory) umiejscowio-
no w gipsie tak, aby zachować ich
czystość oraz aby nie powstały żadne
podcienie mogące spowodować ich
zniszczenie. Wszystkie etapy przygo-
towania próbek do badań przepro-
wadzone zostały zgodnie z obowią-
zującymi procedurami postępowania
z tworzywem akrylowym.

Przygotowane formy wypełniono

rozrobionym ciastem akrylowym
zmieszanym w odpowiednich pro-
porcjach z tlenkiem tytanu. Wyraźnie
widać, że dodatek tytanu ma bezpo-
średni wpływ na zabarwienie akrylu.
Po dodaniu TiO

próbki jaśniały, sta-

wały się bielsze oraz mniej przezierne.
Po przejściu wszystkich faz polimery-
zacji i osiągnięciu fazy tzw. „ciasta”
tworzywo nałożono z lekkim nadmia-
rem, ów nadmiar miał zagwarantować
szczelne wypełnienie formy.

Kiedy forma została wypełniona

tworzywem akrylanowym, puszkę
złożono i ściśnięto w prasie hydrau-
licznej do uzyskania 5000 kg, co sprzy-
ja równomiernemu rozprowadzeniu
tworzywa. Puszkę pozostawiono
w prasie przez około 15÷20 min, a na-

stępnie umieszczono w ramce poli-
meryzacyjnej. Tak przygotowane for-
my umieszczono w polimeryzatorze
napełnionym wodą o temp. ok. 60°C.
Ramka z puszkami ogrzewana była
przez 30 min od osiągnięcia tempera-
tury 100°C, utrzymując wrzenie wody
przez 30 min.

OMIARY

TWARDOŚCI

METODĄ

HORE

’

Metoda Shore’a (Sh

) jest jedną z naj-

bardziej powszechnych metod bada-
nia twardości tworzyw sztucznych.
Badanie twardości tą metodą doko-
nuje się skleroskopem Shore’a, który
składa się ze szklanej rurki z podział-
ką, na dnie której umieszczana jest
próbka.

Na próbkę umiejscowioną w urzą-

dzeniu z wysokości H swobodnie
spada zakończony diamentowym, za-
okrąglonym ostrzem bijak pomiarowy
o masie m = 20 g. Podczas uderzenia
bijaka w badaną próbkę część siły
opadania powoduje powstanie trwa-
łego odcisku w badanym materiale.
Samo odkształcenie trwałe, powstają-
ce podczas badania, nie ma większego
znaczenia, gdyż w pomiarze twardości
metodą Shore’a skupiamy się na wy-
znaczeniu sprężystości materiału.

Rys. 3. Porównanie udarności dla tworzyw akrylowych bez i z dodatkiem 5-15%
mas. TiO

Rys. 2. Porównanie twardości Shore'a dla tworzyw akrylowych bez i z dodatkiem
5-15% mas. TiO

/ 2 0 1 3

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

To właśnie sprężystość materiału po-
woduje odskok bijaka w rurce na daną
wysokość. Im twardsza próbka pomia-
rowa, tym większa wysokość, na jaką
wzniesie się bijak. Z racji tego, że każ-
dorazowe uderzenie bijaka w dane
miejsce powoduje utwardzenie się ma-
teriału w danym miejscu, pomiaru na-
leży dokonywać w różnych miejscach
próbki. Jako że próbki miały średnicę
16 mm, aby wyeliminować tę możli-
wość powstania błędu pomiarowego,
użyto kilku próbek o tych samych
wymiarach i składzie, a końcowy wy-
nik był średnią arytmetyczną pięciu
pomiarów. Dla właściwej oceny wpły-
wu zawartości wypełniacza w postaci
proszku TiO

przygotowano próbki

z PMMA bez dodatku wypełniacza.
Wyniki uzyskane podczas pomiarów
twardości metodą Shore’a dla próbek
zawierających 0÷15% masy TiO

za-

mieszczono w tab. 2 i na rys. 2.

Na podstawie wyników (tab. 2) moż-

na jednoznacznie stwierdzić, że nawet
niewielki dodatek proszkowego wy-
pełniacza korzystnie wpływa na twar-
dość materiału na bazie akrylu. Wpro-
wadzenie do kompozycji 20% masy
wypełniacza spowodowało ponad
90-proc. wzrost twardości kompozytu
PMMA/TiO

. Natomiast wprowadze-

nie 5 i 10% tlenku tytanu spowodowa-
ło poprawę twardości o ok. 20÷40%.

ADANIE

UDARNOŚCI

METODĄ

HARPY

’

EGO

Jak wynika z literatury, podstawową
wadą tworzyw akrylowych jest ich ni-
ska odporność na zginanie dynamicz-
ne, tzn. udarność. Dlatego zasadne
wydaje się przeprowadzenie badań
wpływu dodatku proszkowego wy-

pełniacza na udarność kompozytów
PMMA/TiO

Badanie udarności materiału doko-

nano za pomocą młota Charpy’ego,
a energia niezbędna do złamania
próbki została określona na podstawie
różnicy położenia początkowego oraz
końcowego wahadła. Próbkę umiesz-
czono w podporach dwustronnych,
tak aby ostrze młota trafiło w sam
środek próbki. Wahadło, uderzając
w próbkę, wykorzystało energię, którą
odczytano ze skali.

Na podstawie wyników przedsta-

wionych w tab. 3 i na rys. 3 można
jednoznacznie stwierdzić, że wraz
ze zwiększającą się zawartością wy-
pełniacza TiO

wzrasta udarność two-

rzywa akrylowego. Udarność próbki
o 15-proc. zawartości tlenku jest nie-
mal o 100% większa od udarności
próbki akrylu bez dodatku proszku.

ODSUMOWANIE

Na podstawie przeprowadzonych ba-
dań można stwierdzić, że:
• kompozyt PMMA/TiO

jest mate-

riałem twardszym niż akryl bez do-
datku proszkowego wypełniacza,
a twardość rośnie wraz ze zwięk-
szaną ilością dodanego TiO

;

• wyniki badania udarności młotem

Charpy’ego bardzo wyraźnie uka-
zują różnice pomiędzy kompozytem
polimetakrylanu metylu z tlenkiem
tytanu (IV) a samym akrylem Villa-
cryl H Plus; wraz z ilością dodawa-
nego tlenku rośnie udarność mate-
riału.

Instytut Inżynierii Produkcji,

Politechnika Częstochowska, Częstochowa

Wyższa Szkoła Inżynierii Dentystycznej

i Nauk Humanistycznych w Ustroniu

Piśmiennictwo
1. Haupfauf L.: Protetyka stomatologiczna.

Protezy całkowite. Urban & Partner, Wro-
cław 1994.

2. Marx H., Fukui M., Stender E.: W kwestii

monomeru resztkowego – badanie żywic
na protezy. Urban & Schwarzenberg, Mün-
chen 1983.

3. Raszewski Z.: Nowe spojrzenie na tworzywa

akrylowe. Wydawnictwo Elamed, Katowice
2009.

4. Craig R., Powers J., Wataha J., Limanow-

ska-Shaw H.: Materiały stomatologiczne.
Elsevier Urban & Partner, Wrocław 2000.

5. Blicharski M.: Wstęp do inżynierii materia-

łowej. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne,
Warszawa 1998, 2001.

6. Narva K.: Doctoral thesis on reinforcing

denture with fiber Reinforcements. Praca
doktorska na temat wzmocnienia protezy
z włóknami, rozprawa doktorska. Unvier-
sity of Turuku, Turuku 2004.

7. Pauling L., Pauling P.: Chemia. PWN, War-

szawa 1989.

8. Morales-Acosta M.D., Quevedo-López M.A.,

Gnade B.E., Ramírez-Bon R.: PMMA-SiO

organic-inorganic hybrid films: determina-
tion of dielectric characteristics. Journal
of Sol-Gel Science and Technology, 4/2012;
58 (1): 218-224.

9. Park J., Won Lee J., Wook Kim D., June

Park B., Jin Choi H., Sun Choi J.: Penta-
cene thin-film transistor with poly(methyl
methacrylate-co-methacrylic acid)/TiO

nanocomposite gate insulator. Elsevier Ltd.,
2008.

10. Hojjati B., Charpentier P.A.: Synthesis

of TiO

– polymer nanocomposite in su-

percritical CO

via RAFT polymerization.

Elsevier Ltd., 2008.

11. Laachachi A., Ferriol M., Cochez M.,

Ruch D., Lopez-Cuesta J.M.: The catalytic
role of oxide in the thermooxidative degra-
dation of poly(methyl methacrylate) – TiO

nanocomposites (Katalityczna rola tlenku
w termooksydacyjnej degradacji nanokom-
pozytów polimetakrylanu metylu – TiO

Elsevier Ltd., 2008.

12. Dobrzański L.A.: Podstawy nauki o ma-

teriałach i metaloznawstwo. Materiały
inżynierskie z podstawami projektowania
materiałowego. Wydawnictwo Naukowo-
-Techniczne, Warszawa 2002.